新材料设计可以减少橡胶与道路接触处的污染。
研究人员在 6 月 23 日的《科学》杂志上报告称,在称为聚合物的微观链上战略性地添加薄弱点实际上会使它们更难以撕裂。由于聚合物用于汽车轮胎,这些发现可能有助于减少轮胎随着时间的推移磨损而造成的塑料污染。
当轮胎刮擦路面时,它们会掉落橡胶和塑料聚合物的微小颗粒,从而污染水道并污染空气(SN:11/12/18)。每年,轮胎大约向环境中释放600 万吨此类微塑料。强度更高、不易分解的聚合物可以限制每年脱落的颗粒量。
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为了制造这种坚韧的材料,杜克大学的化学家斯蒂芬·克雷格和同事在聚合物中添加了称为交联剂的分子。这些交联剂将杂乱的聚合物链与其许多相邻的聚合物链连接起来,并且它们经过专门设计,可以轻松分解。克雷格的合作者、麻省理工学院的化学家王书说,在微观尺度上,这些聚合物的作用就像一团缠结的意大利面条,交联剂将它们固定在一起并帮助它们保持形状。
具有弱交联剂的橡胶塑料聚合物(如左图所示)比具有较强交联剂的类似聚合物(如右图所示)需要更大的拉伸力才能撕裂。在橡胶中添加弱交联剂可以生产出更坚韧的汽车轮胎。
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克雷格说,增加韧性的秘诀在于撕裂的路径。撕裂通过易于断裂的交联剂传播,而不是通过较坚韧的聚合物链传播。每个断开的连接都遵循阻力最小的路径,但避开长聚合物链意味着断开许多交联剂,这总体上需要更大的拉伸力。
这并不是研究人员第一次使用弱连接器来增强聚合物的强度。但与类似材料不同的是,韧性的增加并不以牺牲刚度等其他有益特性为代价。
克雷格表示,他希望这些发现将有助于延长汽车轮胎和塑料的使用寿命,从而有可能限制每年的微塑料污染。
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