改进的材料可以保持复杂的形状并在海水中生物降解

东京大学的研究人员开发了一种创新塑料，比目前的标准类型更坚固、更有弹性，可以通过加热治愈、记住其形状并且可部分生物降解。他们通过将聚轮烷分子添加到环氧树脂玻璃体(一种塑料)中来制造它。这种材料被命名为 VPR，可以在低温下保持其形状并具有牢固的内部化学键。然而，在 150 摄氏度以上的温度下，这些键会重新结合，材料可以重新形成不同的形状。通过加热和溶剂将 VPR 分解为其原始成分。将其浸入海水中 30 天也导致 25% 的生物降解，聚轮烷分解为海洋生物的食物来源。这种新材料可以在更加循环的经济中具有广泛的应用，以循环利用资源并减少浪费，从工程和制造到医药和可持续时尚。

尽管全球开展了遏制塑料使用和浪费的运动，但很难避免这种无处不在的材料。从玩具和衣服、家居用品和电子产品，到车辆和基础设施，如今它似乎存在于我们使用的几乎所有东西中。尽管有用，但塑料的生命周期和处置存在许多问题。开发使用寿命更长、更容易重复使用和回收或由环保来源制成的替代品是帮助解决这些问题和实现联合国可持续发展目标的关键。

考虑到这一点，东京大学的研究人员基于环氧树脂玻璃体创造了一种更具可持续性的塑料。Vitrimers 是一类相对较新的塑料，在较低温度下坚固且坚固(如用于制造耐热餐具的热固性塑料)，但也可以在较高温度下多次重塑(如用于塑料瓶的热塑性塑料) )。然而，它们通常很脆，在断裂前无法拉伸太远。通过添加一种名为聚轮烷的分子，该团队能够创建一种显着改进的版本，并将其命名为 VPR(与聚轮烷结合的玻璃体 [PR])。

“VPR 的抗断裂能力是典型环氧树脂 vitrimer 的五倍以上，”前沿科学研究生院的项目助理教授 Shota Ando 说。“它的自我修复速度比典型的 vitrimer 快 15 倍，恢复其原始记忆形状的速度是普通 vitrimer 的 2 倍，化学回收速度是典型 vitrimer 的 10 倍。它甚至可以在海洋环境中安全地生物降解，这对于这种材料来说是全新的。”

聚轮烷因其增强不同材料韧性的能力而引起了科学和工业界的兴趣。在这项研究中，VPR 韧性的提高意味着即使在低温下也可以创建和保留更复杂的形状(例如本版本提供的视频中的折纸起重机)。安藤解释说，与不含聚轮烷的玻璃体相比，处理或回收也更容易：“虽然这种树脂在室温下不溶于各种溶剂，但当浸入特定溶剂并加热时，它可以很容易地分解到原材料水平。暴露于海水 30 天后，它还显示出 25% 的生物降解率。相比之下，没有 PR 的 vitrimer 没有经历任何明显的生物降解。这些特性使其成为当今社会需要资源回收的理想材料。”

从工程到时尚，从机器人到医学，该团队预见了 VPR 的实用和有趣的应用。“仅举一些例子，道路和桥梁的基础设施材料通常由环氧树脂与混凝土和碳等化合物混合而成。通过使用 VPR，它们会更容易维护，因为它们会更坚固，并且可以通过加热来修复，”Ando 建议。“与传统的环氧树脂不同，这种新材料坚硬但可拉伸，因此它也有望牢固地粘合不同硬度和伸长率的材料，例如汽车制造所需的材料。此外，由于它具有形状记忆、形状编辑和形状恢复功能，有一天你也许还可以在家里用吹风机或蒸汽熨斗重新排列你最喜欢的衣服的轮廓。”

该团队的下一步将是与公司合作，确定其各种 VPR 想法的可行性，并继续在实验室进行研究。“我一直认为现有的塑料很难回收和处理，因为它们根据用途进行了细分，”安藤说。“如果我们能够用这样的单一材料解决世界上的许多问题，那就太理想了。”

改进的材料可以保持复杂的形状并在海水中生物降解

东京大学的研究人员开发了一种创新塑料，比目前的标准类型更坚固、更有弹性，可以通过加热治愈、记住其形状并且可部分生物降解。他们通过将聚轮烷分子添加到环氧树脂玻璃体(一种塑料)中来制造它。这种材料被命名为 VPR，可以在低温下保持其形状并具有牢固的内部化学键。然而，在 150 摄氏度以上的温度下，这些键会重新结合，材料可以重新形成不同的形状。通过加热和溶剂将 VPR 分解为其原始成分。将其浸入海水中 30 天也导致 25% 的生物降解，聚轮烷分解为海洋生物的食物来源。这种新材料可以在更加循环的经济中具有广泛的应用，以循环利用资源并减少浪费，从工程和制造到医药和可持续时尚。

尽管全球开展了遏制塑料使用和浪费的运动，但很难避免这种无处不在的材料。从玩具和衣服、家居用品和电子产品，到车辆和基础设施，如今它似乎存在于我们使用的几乎所有东西中。尽管有用，但塑料的生命周期和处置存在许多问题。开发使用寿命更长、更容易重复使用和回收或由环保来源制成的替代品是帮助解决这些问题和实现联合国可持续发展目标的关键。

考虑到这一点，东京大学的研究人员基于环氧树脂玻璃体创造了一种更具可持续性的塑料。Vitrimers 是一类相对较新的塑料，在较低温度下坚固且坚固(如用于制造耐热餐具的热固性塑料)，但也可以在较高温度下多次重塑(如用于塑料瓶的热塑性塑料) )。然而，它们通常很脆，在断裂前无法拉伸太远。通过添加一种名为聚轮烷的分子，该团队能够创建一种显着改进的版本，并将其命名为 VPR(与聚轮烷结合的玻璃体 [PR])。

“VPR 的抗断裂能力是典型环氧树脂 vitrimer 的五倍以上，”前沿科学研究生院的项目助理教授 Shota Ando 说。“它的自我修复速度比典型的 vitrimer 快 15 倍，恢复其原始记忆形状的速度是普通 vitrimer 的 2 倍，化学回收速度是典型 vitrimer 的 10 倍。它甚至可以在海洋环境中安全地生物降解，这对于这种材料来说是全新的。”

聚轮烷因其增强不同材料韧性的能力而引起了科学和工业界的兴趣。在这项研究中，VPR 韧性的提高意味着即使在低温下也可以创建和保留更复杂的形状(例如本版本提供的视频中的折纸起重机)。安藤解释说，与不含聚轮烷的玻璃体相比，处理或回收也更容易：“虽然这种树脂在室温下不溶于各种溶剂，但当浸入特定溶剂并加热时，它可以很容易地分解到原材料水平。暴露于海水 30 天后，它还显示出 25% 的生物降解率。相比之下，没有 PR 的 vitrimer 没有经历任何明显的生物降解。这些特性使其成为当今社会需要资源回收的理想材料。”

从工程到时尚，从机器人到医学，该团队预见了 VPR 的实用和有趣的应用。“仅举一些例子，道路和桥梁的基础设施材料通常由环氧树脂与混凝土和碳等化合物混合而成。通过使用 VPR，它们会更容易维护，因为它们会更坚固，并且可以通过加热来修复，”Ando 建议。“与传统的环氧树脂不同，这种新材料坚硬但可拉伸，因此它也有望牢固地粘合不同硬度和伸长率的材料，例如汽车制造所需的材料。此外，由于它具有形状记忆、形状编辑和形状恢复功能，有一天你也许还可以在家里用吹风机或蒸汽熨斗重新排列你最喜欢的衣服的轮廓。”

该团队的下一步将是与公司合作，确定其各种 VPR 想法的可行性，并继续在实验室进行研究。“我一直认为现有的塑料很难回收和处理，因为它们根据用途进行了细分，”安藤说。“如果我们能够用这样的单一材料解决世界上的许多问题，那就太理想了。”