Advanced Industrial and Engineering Polymer Research
Open Access, CiteScore Tracker 2021=11.4
ISSN: 2542-5048
FEATURED CONTENTS
Special Issues
OPEN ACCESS – EDITORIAL
Volume 4, Issue 2 Pages 49
April 2021
聚合物科学技术领域的Stoyko Fakirov教授
Klaus Friedrich, Ming Qiu Zhang

Stoyko Fakirov教授,哲学博士、理科博士、Dhc,1936年1月出生于保加利亚巴尔干山脉山脚的一个小村庄。他在当地就读小学并在附近的小镇上就读中学。1959年,他在索菲亚大学(保加利亚)获得化学专业理科硕士学位,并立即聘任为助理教授。两年后,他开始在莫斯科罗蒙诺索夫国立大学(俄罗斯)攻读博士学位。1987年,他被提名为索菲亚大学聚合物化学专业正教授。目前,他在新西兰奥克兰大学机械工程系担任荣誉学者。他在聚合物科学技术领域闻名全球。谷歌学术搜索显示,他被引用8000多次,H指数为48,在“聚合物复合物”课题上的世界排名为第21位。Stoyko教授拥有350多份出版物,其中220份被列入“科学网”数据库。他与Wiley、Springer、Hanser、剑桥大学出版社等合作撰写了16本关于聚合物的书籍(其中一些经过编辑的书籍有1000页)。他的书目中也包括《工程师聚合物科学基础》这本教材(Wiley-VCH,2017年),其中包含25章。他取得了九项美国专利,受邀请在全世界举办了120多场研讨会。此外,他还担任16种国际聚合物期刊的编委。

他对聚合物科学技术的重要贡献包括阐述、证明和命名了“化学愈合”、“化学释放扩散”、“缩合共聚物顺序重排”和“低于同一种聚合物玻璃转化温度时聚合物晶体的熔化”这几种现象。Stoyko还推导出一个等式,称作“Fakirov等式”,创造了一类新的聚合物复合物,称作“微纤丝化复合物(MFC)”,并将其进一步开发成“纳米纤丝化复合物(NFC)”,包括纳米纤丝化单聚合物复合物,而且阐述并证明了“转化取代添加的概念”(将任何本体聚合物实际转化为纳米级材料的一种技术)。

上世纪80年代,他成为亚历山大·冯·洪堡学者;2000年,他获得德国最负盛名的科学成就奖――“亚历山大·冯·洪堡研究奖”。由于他在先进材料科学技术领域的杰出贡献,国际先进材料协会(IAAM)授予他2017年年度奖章;2018年,他获得保加利亚“索菲亚大学荣誉博士”学位。

Stoyko Fakirov教授现在仍然积极投身于研究工作,而且在2021年1月19日度过85岁生日之后肯定还会继续下去。有鉴于此,我们要热烈地祝贺他,祝愿他身体健康,以继续在聚合物科学领域奋斗更多些年,也祝他在钓鱼这个爱好中好运常伴。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.04.001
OPEN ACCESS – EDITORIAL
Volume 4, Issue 2 Pages 50-51
April 2021
社论:聚合物回收
Stoyko Fakirov

大约7080年前,第一批合成聚合物投放市场时,它们被命名为人工欧洲人造美国)材料,从而强调它们并非天然材料的这个事实,也就是不具有同样优良的性质。在之后的很多年内,经过逐步发现,它们的应用越来越广泛,而且在过去几十年内不仅实现了极大规模的应用,而且在很多情形下无法被任何其他材料取代。这是因为与木材、金属、陶瓷和玻璃等经典材料相比,合成聚合物作为材料具有很多吸引人的优点。它们非常轻盈(密度约等于或小于1)、非常容易加工(通常能一步制造形状复杂的物品)、有整体着色的无限机会,而且由于对环境和大气因素具有抗化学性,因此在使用中对环境无害。在这个方面,合成材料完胜所有其他材料。非常奇怪的是,塑料材料的这种内在优点在它们变成废物或垃圾时成为最严重的缺点――它们不会像金属一样氧化,也不会像纤维素和蛋白质基材料一样发生化学降解。

人们普遍希望化学家能创造出可以大规模生产的可生物降解塑料,但这种希望结果只是一种幻想――这个方面的少数例子不具备经济可行性。欧盟最近决定禁止生产10种一次性塑料制品,从而证明了这一点,因为它们是海洋垃圾的主要成分。欧盟由27个成员国组成,其中一些成员国属于世界工业和科学领先国家,不过除了大幅减少产生主要塑料垃圾的包装制品之外,无法提供更好的解决办法。这进一步意味着塑料垃圾产生的负面环境问题的解决办法不仅仅是科学家的任务,更是整个社会的任务。必须教育人们如何正确地收集塑料垃圾,而且各国政府必须为再生行业提供财政支持,因为新塑料与再生塑料的价格差异很小,因此再生并非一种有利可图的行业。

减少新合成聚合物数量的尝试很难成为恰当的解决办法,因为其需求在持续增长。例如,塑料瓶生产中PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的年增长率目前达到10%!包装塑料产量也会增加,因为在贫穷国家,50%的食物由于包装不良而变质(印度的比例为50%,而英国的比例只有2-3%)。

如今,每年塑料年产量超过3亿吨,其中800万吨最终流入海洋。如果我们继续像这样污染海洋,那么估计到2050年,海洋中塑料的重量将超过鱼类的重量。另据报道,海洋生物当中,每三个物种就有一个受到海洋垃圾困扰,而且90%的海鸟胃里有塑料。塑料包装是最大的终端使用细分市场,占全球塑料总使用量的40%左右。全世界每年使用的塑料袋有5000亿个,而塑料袋的平均使用寿命为15分钟。

同样:如果除科学家的努力外,如果各国政府采取法律措施对塑料垃圾的适当处理进行监管,那么可以预期这个问题将得到妥善解决。

必须强调的是,再生无法解决塑料对环境产生负面影响的问题,而只能延迟这个问题的解决。这是因为再生塑料寿命终结后,它们会再次转化为废物或垃圾。将新塑料或再生塑料用于与混凝土混合时进行撑压加工、制造纳入建筑物、道路建设、水利工程的物品或其他类似用途,确保这类材料不会在我们有生之年再次出现,都是解决这个问题的适当办法。另一个类似的解决办法是对新塑料或再生塑料进行焚烧,其中本体聚合物将转化为气体。在这两种情形下,塑料都会从我们的生活中消失,而且再也不会污染我们的大自然。

专刊(第一和第二部分)中刊载的文章是由享誉全球的聚合物科学家撰写的(其中一些文章的引用次数介于1万到5万之间,H指数介于50100之间)。不过,这些文章无法为塑料垃圾产生的普遍问题提供解决办法,而只是提出了通过塑料垃圾再生减少塑料垃圾数量的方法。

这些文章分为两份独立的出版物:(i)聚合物共混物及复合物的再生(第一部分);以及(ii)纯聚合物的再生(第二部分)。这么做是因为这两组材料具有一些特定的特征,因此它们的再生方式差别很大。与此有关的一个很好的例子是玻璃纤维增强聚合物复合物中存在玻璃纤维(最高比例30%)。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.04.002
OPEN ACCESS – EDITORIAL
Volume 4, Issue 2 Pages 52
April 2021
社论:聚合物共混物及复合材料的回收利用
Jianjun Li

如今,塑料应用非常广泛,因为它们具有其他材料不具备的单价低、性能平衡的优点。然而,随之而来的问题是产生了难以处理、无法降解的大量塑料垃圾。这些垃圾在消费后往往没有放到适当的地方,从而给环境造成了巨大的压力。联合国环境规划署的一份报告显示,全世界塑料制品的产量为90亿吨,其中只有9%用于再生。

正如一个中国俗语所说,解铃还需系铃人,意味着要解决这个问题,还要从自身想办法。众所周知,热塑性塑料与金属和陶瓷相比具有一个明显的优点,即可以在较低温度下(300以下)反复成型。在这种情形下,无论它们是新的、旧的还是废弃的,只要经过正确处理,它们都能再生和重复利用。尤其是,以安全、高效、环保的方式再生废塑料时,我们制定一个减少碳排放、实现碳达峰及碳中和的强有力策略。这将是一个前景可观的塑料未来发展路径。

从工业角度来看,利安德巴塞尔、陶氏、沙特基础工业公司、巴斯夫以及阿迪达斯、耐克、宜家、可口可乐、百事、联合利华、宝洁、达能、雀巢及其他行业巨头开发了塑料再生技术或者采购再生塑料制品。从政策来看,美国早在2004年就推出了绿色电子产品评价工具EPEAT,其中明确要求使用再生塑料。2019年,《欧洲绿色协议》提出推动产业向清洁循环经济转变。例如,到2030年,欧盟所有产品都将使用可复用或可再生塑料包装,从而有助于实现2050年碳中和的目标。20209月,中国国家主席习近平在联合国大会上指出,中国将采取强有力的政策,力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。作为最大的塑料生产国和消费国,中国面临如何管理、利用和再生废塑料的挑战。迄今为止,中国政府和公司始终清楚塑料绿色再生对可持续发展的意义。金发科技股份有限公司将积极贯彻国家政策并投身于这项事业之中。

实际上,金发科技股份有限公司从2003年开始就使用再生塑料作为产品制造原料。过去十五年内,金发公司总共生产了120多万吨优质再生塑料,帮助合作伙伴减少碳排放约150万吨。目前,金发公司年生产能力达到28.5万吨再生塑料,包括优质包装再生聚乙烯、车用再生聚丙烯和聚酰胺、高性能再生聚碳酸酯及合金以及再生阻燃型高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。2020年,金发公司再生塑料销售额增长30%。未来,金发公司将进一步升级广东省清远市和江苏省徐州市的再生塑料生产基地,并在2025年前努力达到每年1百万吨的生产能力。

专刊中的文章是在Stoyko Fakirov教授主导下投稿的。其中介绍了塑料和复合物再生领域的最新成就和研究进展。读者通过建立塑料行业的可持续碳链,必定能从这些文章中获益。我希望借此机会表达我对Stoyko Fakirov教授最衷心的祝贺。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.04.003
OPEN ACCESS –REVIEW ARTICLE
Volume 4, Issue 2 Pages 53-69
April 2021
聚合物共混物的再生
Andrea Dorigato

过去几十年内,对具有定制属性的多功能材料不断增长的需求促进了新商用聚合物共混物的开发,这些共混物与常规基材相比具有优越的物理性质,而且在合成新塑料方面具有经济优势。由于塑料废物治理中环境问题的递增、分选技术存在的难题以及绝大部分成对聚合物之间有限的化学相容性,因此在考虑再生阶段时,聚合物共混物的技术潜力往往未得到利用。在一些情形下,即使向再生共混物中添加增容剂也不能成为保持和/或调整其性质的满意解决办法。

本综述的目的是对聚合物共混物再生的可能性进行批判性分析。在关于塑料再生问题和定义的介绍章节之后,阐述了聚合物共混物物理特性的一些基本概念。本综述第三章主要是对聚合物共混物的机械再生进行分析,而且对运用于相容和不相容聚合物共混物的再生技术进行了一般性区分。在这章中,还分析了源于未分选废物的掺和塑料的再生潜力,以及二次热处理对聚合物共混物形态和热机械特性的影响。考虑到生物塑料在现代社会中越来越重要,本综述的第四章主要介绍了含生物塑料共混物的机械和化学再生过程,尤其是基于聚乳酸(PLA)和热塑性淀粉(TPS)的共混物。运用于聚合物共混物的再生技术的关键方面和未来展望如综述最后一节所述。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.02.005
OPEN ACCESS –REVIEW ARTICLE
Volume 4, Issue 2 Pages 70-81
April 2021
基于再生碳纤维的聚合物复合物多功能性:综述
D. May, C. Goergen, K. Friedrich

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有突出的轻量潜力,可以在现代能源和交通概念中发挥关键作用。然而,碳纤维生产属于高能耗、高成本生产,同时常用制造技术的废品率很高,而损坏部件的修复几率仍然较为有限。因此,急需整体再生方式才能达到可接受的成本效益和可持续性。再生之所以富有挑战性,原因是真正的再生――即重复利用高性能复合物中的纤维――需要保持较大的纤维长度并实现准确纤维定向。这就需要在纤维属性的最佳可能利用与尽可能降低再生成本之间进行权衡。因此,本论文不仅简要概述了从废料中回收碳纤维并将它们加工成新CFRP组分的技术,而且介绍了对基于再生碳纤维的半成品的特定性质进行利用的不同方法,以便实现与工艺或材料有关的多功能。其中包括准塑性变形特性(实现深拉或弯曲丝束铺放),从而通过纤维印透现象减少、过饱和无纺布的强力树脂浸渍以及高能源吸收改善表面质量。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.01.001
OPEN ACCESS –RESEARCH ARTICLE
Volume 4, Issue 2 Pages 82-92
April 2021
再生碳纤维/环氧复合物评价:采用热重分析法研究热解和原生碳纤维的热降解特性
Sonja E. Adler, Barbara E.Güttler, Lubov Bendler, Klaus Friedrich

碳纤维再生是闭环经济中碳纤维再利用的一个关键步骤。在探索新高性能应用时,回收碳纤维机械特性、纤维表面纯度和热稳定性的评价是要点。本出版物介绍了采用热重分析法(TGA)和扫描电子显微镜法(SEM),对热解和原生碳纤维本身以及在复合材料中热稳定性的研究。

将一种商用热解织物(长度不变)像原生高韧性碳纤维一样进行加工处理,从而对非短切纤维的再生潜力进行研究,并证明其能在不进一步降级回收的情况下进行再生。对原生和热解纤维的相同组分进行了制造。对这些复合材料和其中纤维随着加热速度而变的热降解特性,以及不同气氛中的温度范围进行了比较。为了进一步分析数据,进行了一项动力学研究。另外,采用光学显微镜法和SEM成像法对样品进行可视化和研究。

对热解碳纤维热分解特性中朝低温的略微转变进行了观察。TGA测量中基质分解较为相似,但可能由于浆料缺失和纤维顺向度较低,因此计算出较高质量比例的树脂和较高的活化能量值。碳纤维组分的降解表现出最大的变化幅度。据认为这是碳纤维晶体结构引起的,但为了进行验证需要进行额外工作。

https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.03.003
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