高性能聚合物的新生产技术可以制造出更好的防弹衣

普罗维登斯，R.I.[布朗大学]——一组研究人员发现了一种新的方法来生产一种叫做PBO的聚合物材料，这种材料在商业上被称为Zylon，用于防弹背心和其他高性能织物。这种新方法可以用于生产抗降解的PBO产品，这个问题过去一直困扰着基于PBO的材料。

新型催化剂由金(Au)和钯(Pd)的合金纳米颗粒制成。

“我们表明使用纳米颗粒催化剂,可以产生PBO更环保的条件和不使用导致这些材料的化学降解出乎意料,“Shouheng太阳说,布朗大学的化学教授,描述研究的一篇新论文的作者之一。“我们认为这可能是制造更坚固的PBO材料的一条途径。”

这项研究发表在《Matter》杂志上。

PBO(全称聚苯并恶唑)的传统制备方法是使用聚磷酸(PPA)作为必要的化学反应催化剂和溶剂。PPA是一种强、高腐蚀性的酸，已被确定为PBO降解的来源。酸分子滞留在聚合物链中，当长时间暴露在光线和水分下时，纤维容易降解。这种退化在过去导致了基于pbo的防弹衣的召回。

布朗大学的Sun实验室一直在大量研究合成纳米颗粒催化剂，这些催化剂能够进行生成PBO所需的新反应，而且它们不需要使用PPA。用纳米颗粒催化这些反应也需要更少的能量，可以用可再生的甲酸作为氢源。所有这些都使得生产过程更加环保。

然而，到目前为止，复合纳米颗粒催化剂主要用于制造小的有机分子。在这种情况下，由金和钯合金颗粒制成的复合催化剂是否可以用来催化聚合物链的受控生长，这在以前是未知的。

“我们试图回答的关键问题是，我们能否控制这些反应，从而更好地控制聚合度，”孙说。“我们最终证明，我们可以通过调整催化剂中合金纳米颗粒的组成和大小来实现这一点。”

研究表明，由近40%的金和60%的钯组成的合金是控制生成PBO所需的反应速率的最佳选择。大约8纳米大小的粒子产生的反应速度使PBO聚合物的分子量最大化。

为了查明PBO是否真的能抵抗降解，研究小组与布朗工程学院的研究人员一起进行了机械测试。这些测试表明，用纳米颗粒催化剂制成的PBO聚合物比市面上的Zylon更抗降解，即使是在水和酸中煮了几天之后。

研究人员表示，未来的工作将集中于生成分子量更高的PBO聚合物。本研究生产的聚合物明显比商业级产品轻，这限制了它们的初始机械强度。尽管如此，研究人员说，这项工作是一个强有力的概念证明的想法，即复合纳米颗粒可以产生耐降解的PBO。

布朗大学的化学助理教授杰罗姆·罗宾逊(Jerome Robinson)是这项研究的合著者，他指出，布朗大学研究团队的多样化专业知识对这项工作的成功至关重要。

“我们能够与工程师和其他研究人员合作，这真的很重要，”罗宾逊说。“能够穿过马路到工程学院进行机械测试是非常棒的，我认为我们有合适的团队来推进这项研究。”

论文的其他合著者还有Chao Yu, Xuefeng Guo, Zhouyang Yin, Zhonglong Zhao, Xing Li, Michelle Muzzio, Cintia Barbosa, Shen Mengqi, Yucheng Yuan, Junyu Wang, John Antolik, Gang Lu, Dong Su, Ou Chen, Pradeep Guduru和Christopher Seto。早期工作由美国陆军研究实验室和美国陆军研究办公室(W911NF-15-1-0147)支持。布朗的研究副总裁办公室和分子和纳米创新研究所提供了额外的支持。