IBM首席科學(xué)家Jamie Garcia

2016年2月，IBM的科學(xué)家Jamie Garcia被MIT雜志評選為“2015年年度35歲以下科研創(chuàng)新學(xué)者”，以表彰她在高分子聚合物領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，尤其是表彰她發(fā)現(xiàn)了兼具高強(qiáng)度和高回收性的塑料。這位化學(xué)博士表示，希望她發(fā)明的高分子聚合物可以使得塑料更經(jīng)久耐用，并且可以實(shí)現(xiàn)無限次回收利用。

在大多數(shù)人的印象中，塑料回收利用，1次2次都還行，但隨著回收利用次數(shù)的增多，塑料的品質(zhì)也隨之下降。那么，塑料回收次數(shù)的極限在哪里呢？IBM首席科學(xué)家的答案是：塑料可以實(shí)現(xiàn)無限次循環(huán)回收利用。

專訪IBM首席科學(xué)家Jamie Garcia

問：你認(rèn)為人們對于塑料最大的誤解是什么？

Jamie Garcia： 我覺得最大的誤區(qū)應(yīng)該是塑料被認(rèn)為是一種廉價(jià)的材料。在人們的潛意識中，塑料只能做一些簡單的制品，比如玩具、卷尺、或瓶子等。

但是，其實(shí)塑料還可以添加一些其他化學(xué)成分改變屬性，做很多意想不到的事情。例如，導(dǎo)電塑料（如OLED），抗菌塑料（如一次性醫(yī)療器械），或者輕質(zhì)高強(qiáng)度塑料（如波音787尾復(fù)合材料）。所以，塑料不僅可以節(jié)省燃料和減少二氧化碳排放，還可以幫助預(yù)防疾病，塑料是我們高質(zhì)生活的保障。

問：為什么塑料回收次數(shù)被限制，一般在3到4次？

Jamie Garcia：塑料回收次數(shù)受限，是因?yàn)樗芰系男阅茈S著每一次的融化重塑而降低。例如，它會(huì)失去可塑流動(dòng)性，變脆，變渾濁而不透明，甚至變色（例如變黃）。而一旦塑料的機(jī)械性能或光學(xué)性質(zhì)改變，就不再適合用于最初的使用目的，而不得不另作他用。

可無限循環(huán)使用的塑料

問： 你科研上的突破使得塑料，甚至是以往被認(rèn)為不可回收的塑料都可以實(shí)現(xiàn)多次的循環(huán)利用，你是使用了什么使得塑料可以保持如此良好的可塑性呢？

Jamie Garcia：這種可無限循環(huán)的塑料有一個(gè)交聯(lián)的化學(xué)結(jié)構(gòu)域，使得它具備剛性的特質(zhì)。只有在PH很低（例如PH=0）的條件下可以水解。我們通過計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析最佳性能的材料所需要的固化條件和單體，分析得出最佳的合成方法。一般的塑料不可能同時(shí)具備剛性和韌性兩種性能，但是這種熱固性塑料則剛?cè)岵?jì)（一般環(huán)境下具備剛性，但到極低PH的情況下具備韌性）。

問：你的材料回收起來很方便，之前就有關(guān)于將你的材料用到油漆涂料上的猜測。那你的高分子材料是如何應(yīng)用到這類產(chǎn)品上的呢？

Jamie Garcia：我們這種高分子聚合材料的自愈性的發(fā)現(xiàn)是由于一個(gè)意外的福利。之所以可以用于自愈涂料是因?yàn)槲覀儗⑺目勺杂幕瘜W(xué)基序與涂料的混合結(jié)構(gòu)合并。這種油漆可以適應(yīng)其使用環(huán)境，具備抗開裂，抗劃痕等性質(zhì)。

而由此形成的膜（油漆便是這類產(chǎn)物），幾乎就是活的，具備“智能”的聚合物。這意味著它仍是動(dòng)態(tài)的，不斷地響應(yīng)環(huán)境。由于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)裂痕等作出反應(yīng)，使其“愈合”。

問： 油漆的剝落可以說是一種正?，F(xiàn)象。那被涂上了聚合物，在什么條件會(huì)引發(fā)其自愈性？

Jamie Garcia： 這取決于我們談?wù)摰氖悄姆N結(jié)構(gòu)。在某些情況下，簡單的水處理就可治愈這種膜，在其他情況下，可以使用酒精或指甲油等溶劑來清除裂縫從而使它愈合。還有一些情況下可能需要用醋或類似的東西擦去裂縫。甚至，不需要做任何事情都能自愈。這將是一個(gè)有趣的有挑戰(zhàn)性的工程。

問：那生產(chǎn)或者回收這種聚合物，需要什么樣的工廠條件？

Jamie Garcia： 關(guān)于生產(chǎn)，我們需要升級設(shè)備并提升設(shè)備的規(guī)模，或者調(diào)整那些已經(jīng)符合實(shí)施加工條件的設(shè)備。由于IBM不是一個(gè)化學(xué)公司，所以我們需要為下一步尋找合作伙伴?；厥账鼈儯窟@是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。我們將需要一個(gè)致力于化學(xué)聚合物回收的大型工廠。

大多數(shù)的塑料等聚合物都是使用廉價(jià)融化造粒方法進(jìn)行回收并利用，因?yàn)榛瘜W(xué)回收塑料方法的基礎(chǔ)設(shè)備還不夠完善。但是我仍然認(rèn)為，從長遠(yuǎn)來看化學(xué)回收塑料這種方法是值得的，畢竟這樣可以回收更多的材料，可以節(jié)省能源，資源和垃圾填埋的空間。