通过非溶剂诱导的相分离技术制备耐磨、可塑的矿物水基塑料，以用于适应性建筑应用

《The Innovation》：Wear-resistant, moldable mineral hydroplastics via nonsolvent induced phase separation for adaptive architectural applications

　　

陈俊清|王珊珊|李尊迪亚|叶宇|吴玉英|周杰|王森|黄静|丁凤泽|卢子阳|陈璐|欧阳文根|徐定峰|游俊|陈超吉

中国武汉大学资源与环境科学学院，湖北省新兴功能涂层材料工程研究中心，湖北生物质资源化学与环境生物技术重点实验室，武汉430079

摘要

开发源自天然成分（如生物聚合物和矿物）的可持续塑料替代品，是缓解日益严重的塑料污染问题的有效策略。本文采用非溶剂诱导相分离（NIPS）技术，制备了一种可水加工的以矿物为主的结构材料，称为“矿物水塑性材料”（M-Hydroplastic）。通过特定单体的原位聚合反应，并在温和条件下通过非溶剂作用引发聚合物链重排，制备出高矿物含量（高达75 wt%）的水凝胶。进一步通过压榨辅助脱溶处理优化了矿物片层的排列，从而获得了兼具矿物特性（抗弯强度：90.6 MPa，硬度：0.23 GPa，阻燃性）和塑料特性（低密度约1.5 g cm^?3，易于成型）的高矿物含量塑料。实验和计算分析表明，强组分间氢键作用以及“珍珠母状”微观结构是该材料优异机械性能的基础。这种通用方法适用于多种矿物，可制备出具有可调光学、热学和辐射特性的多种水塑性材料。这种适应性使得能够设计出多功能、阻燃的建筑材料，适用于多种节能建筑场景。本研究将类似陶瓷的机械性能与类似聚合物的加工性能相结合，为下一代工程塑料替代品的设计提供了重要启示。