意外新發現的環保塑膠
 
2016/11/30
 
IC之音廣播電台
 
 
在美國加州聖荷西的阿爾馬登IBM研究中心,Jeannette Garcia博士率領的研究團隊發現了簡稱PHTs的新塑膠,它不但相當堅固,比一般的木頭還硬,而且便於生產;最獨特的地方,是它可以回收再利用,可以說是最環保的熱固性塑料。請聽今天的科學三分鐘,主題是:意外新發現的環保塑膠。

男:「聽說,美國有個科學家,她意外發現了一種新塑膠,好像會比現在的塑膠還要好。這的是好幸運!」
女:「嗯,我也有看到那則報導,那是聚六氫三嗪 (音:秦) 的一種,很令人興奮吧!是新塑膠耶~」
男:「六氫……你剛說什麼來著的?」
女:「簡單的說,它就是一種含有氮的聚合物。科學家發現它以後,又發表了它的結構、硬度,還有可以量產的反應途徑,我看~大概還會熱鬧一陣子吧!」
男:「哎,看來我只知道羨慕人家的好運,要把好運轉換為研究成果,還得花不少功夫呢!」

常見的塑膠大都是熱塑性塑料,所謂的熱塑性,就是可以加熱軟化,讓它再次具有可塑性,比較容易回收使用。但是,某一些產品要承受更高的溫度、或者需要更大的強度,就必須使用熱固性塑料。熱固性的固字,是堅固的固,顧名思義,它比較不會因為加熱而重新具備可塑性,通常比較耐熱、抗腐蝕而且不易磨損。例如著名的空中巴士A350,就有50%是由高強度的熱固性聚合物以及碳纖維組成的複合材料做成的。

然而,熱固性的聚合物一旦成形之後,便很難再次塑造或改變形狀,換句話說就是不容易回收,會產生許多的廢料,對環保相當不利。

Jeannette Garcia博士發現的新塑膠,可能提供了解決的方法。這種新材料的發現很戲劇性,某一天,Garcia博士留下了一隻錐形瓶沒有洗掉,它裡邊有三種物質混合。當她想起了這個瓶子,裡邊卻變成了一塊很硬的塑膠。她猜不透這是什麼東西,為了研究,她必須把這塊塑膠拿出來,但它實在是太硬了,博士只好把錐形瓶給打破。後來要做的事情當然就是查文獻,了解裡面的聚合物是什麼,當她都查不到,便意識到自己發現了一種新的聚合物。

雖然這項意外的發現,很像科學史上許多幸運的故事,但現代化學要做的事情卻更多。例如Garcia博士的團隊,就透過反覆的實驗、紅外線光譜研究,以及2013年諾貝爾化學獎得主的相關技術:用電腦模擬化學反應,最後確定了這項聚合物的反應途徑。意思就是,以後我們很清楚它是怎麼做出來的,不必再靠意外了。

這種簡稱PHTs的新塑膠非常硬。它擁有熱固性塑料中最高的楊氏模量,高達14 GPa,比一般的木頭還硬,也比某些骨頭更硬。另外,它的重量也很輕。還有一個關鍵,是它能夠在pH值小於二的強酸當中,分解為可回收再利用的單體,成為第一種可以回收的熱固性聚合物。既然可以回收,當然會更環保,也可能降低工業生產的成本,因為在生產過程中,品管淘汰的不良品可以立即回收作為原料,這點應該也會受到廠商的歡迎。

這篇論文已經刊登在知名的期刊《科學》Science。而這項材料,未來也可望獲得廣泛的應用。

今天的科學關鍵字,就是

熱固性塑料 Thermosetting polymer

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由科技部補助製播,感謝清華大學教授儲三陽擔任本集科學顧問】
2014-07-27 16:55:00播出
 
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