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南工大材料學院 JCLP:基于一鍋法“升級改造”(upcycle)策略制備雙連續相導熱功能材料
2023-12-15  來源:高分子科技

  現有聚合物材料在消費后回收(recycle)技術效率不高,主要是因為它難以保持材料的初始性能,因此迫切需要開發更高效地回收高分子材料的新方法。在這種情況下,“升級改造”(upcycle)的概念是一個有吸引力的替代方案。“升級改造”也稱之為“升級回收”、“上循環”, 有別于傳統的聚合物材料回收再利用。 “升級改造”通常是指將無用及不需要的產品,轉化為質量更好或具有環境價值的新材料或產品。然而,“升級改造”仍存在新的挑戰和問題,如合成方法復雜且成本高昂、新廢物的產生以及循環材料的不可回收。因此,迫切需要一種簡單、直接、有效的“升級改造”方法解決這一問題。



  近日,南京工業大學材料科學與工程學院博士生張晗為第一作者,以聚氯乙烯(PVC)/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/膨脹石墨(EG)的復合材料體系為概念驗證示例,構建填料選擇性分布的雙連續相結構以實現聚合物材料的一鍋法“升級改造”循環策略。研究發現,EG在EVA相中的選擇性分布使得導熱系數和傳熱導性能的協同提高。此外,該復合材料體系在歷經包括熱沖擊、熱老化和紫外光輻照在內的多重環境因素使用后,導熱性能幾乎不受影響。有趣的是,經過多重環境因素使用后的復合材料仍然表現出優異的阻燃和抑煙性能(實驗和模擬結果),因此可以重新用作卓越的消防安全材料。更重要的是,PVC/EVA/EG體系表現出更好的熔體加工性,證實了其優越的“升級改造”特性。最后,值得注意的是,此“升級改造”過程是簡單易行的一鍋法,不需要任何后處理,為“升級改造”復合材料提供了一種簡單而有前景的方法。該工作以“One-pot upcycling strategy achieved in Bi-continuous thermal conductive polymer composites”為題發表在《Journal of Cleaner Production》上。 


圖1 (a)不同結構復合材料的導熱系數;(b)EMT理論計算的復合材料的導熱系數;(c)不同結晶體系中傳熱機理的示意圖。
 

圖2 (a)不同熱處理后復合材料的數碼照片;復合材料在(b)熱沖擊和(c)熱老化、(d)以及紫外光輻照后的導熱系數。
 

圖3 (a)復合材料的煙密度等級和最大煙密度;(b)復合材料的煙密度曲線;(c)復合材料用作室內建筑材料的阻燃性能模擬:(d)溫度,(e)煙密度,(f)煙塵可見度。
 

圖4 復合材料的熔體流動速率和熔體擠出物的數碼圖片。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138780

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(責任編輯:xu)
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