专利示意图
一、技术领域
可降解材料技术领域
二、专利介绍
1.专利信息
专利类型：发明
专利权人：清华大学深圳国际研究生院
申请号：202210997001.2
发明人：刘碧录、代立新、黄子阳、王仲玥、王经纬
2.专利说明书摘要
水聚合物以及分散在亲水聚合物中的二维矿物材料，粘土矿物材料以二维材料的形式分散在亲水聚合物中，利用二维材料具有几何各向异性极大，模量高的优点，可以在高度有序排列下与有机材料亲水聚合物复合，实现力学性能增强的作用，复合凝胶具有高强性能。复合凝胶成本低廉，环境友好，可以用于开发可降解的高性能塑料替代品，还可以循环利用，循环利用时，制品的机械强度衰减率低于 5%，水稳定性衰减率低于 5%。本发明还提供了上述复合凝胶的制备方法和应用。
3.创新点
（1）本发明涉及可降解材料和二维材料领域，具体涉及用于替代塑料的二维矿物材料复合水凝胶及其制备方法，利用本征生命安全的矿物黏土材料和生物可降解的天然聚合物作为凝胶的制备原材料，从源头上给予其可降解和来源广泛等环境友好特性，有效缓解了化石能源危机带来的原材料短缺，并减少了对环境的负担，利于解决海洋污染、白色污染等世纪难题；
（2）利用大量的离子键和氢键等物理交联赋予水凝胶更好的强度，也为使用之后的生物降解夯实基础；
（3）热压控制凝胶内部的2D Clay纳米片有序多尺度分布，同时天然聚合物丰富的作用位点防止二维材料的无序堆叠和卷曲，是获得各向高强度高韧性关键创新点；
（4）以黏土为主体的水凝胶，具有优异的耐高温特性，耐水稳定性和耐有机溶剂稳定性；
（5）大量的氢键和离子键可以通过高能机械破坏，经过粉碎、加水研磨可再度形成浆料，具有良好的可循环性，同时整个合成过程在常温进行，没有副产物产生，实现资源高效利用的同时，实现节能减排；
（6）水凝胶可以在土壤中三天之内快速降解，实现无害化处理；
（7）与现有技术相比，本发明明确了黏土剥离成二维材料在复合材料中的作用，简化了制备工艺，获得了更好的性能，并展示了强大的可循环可降解前景。
4.痛点问题
本发明解决了目前可降解塑料制品成本高、制作工艺繁琐、耐受性差和强度低的问题，提供了一种可大规模应用的制备塑料替代品的方法。
5.技术优势
（1）与现有以聚合物材料为主体的可降解产品不同，本发明以二维黏土矿物为主体，具有更好的温度耐受性和机械强度，市场应用前景更广阔；
（2）原位剥离黏土矿物至高质量的二维材料常温研磨、常温构造，实现了低碳制造；
（3）通过调控聚合物与二维黏土之间的相互作用可以实现机械强度的大幅增强，对应用于仿生构造和二维材料制造等领域有其重大意义；
（4）具有可简单循环利用的特点，对现有塑料的设备进行简化和升级就可以实现本发明产品的大规模制造和回收再利用；
（5）本发明产品在土壤中快速降解的优势，对环境无负担；
（6）本方案制备方法简单绿色，生长时间短，有效节约成本，利于大规模生产。
三、产业化信息
1.应用场景
可以实现大规模剥离二维材料，可以提供给科研院所、研发机构，商业公司等科研项目。也可以剥离后做成仿生材料：
（1）制成塑料替代品，解决目前白色污染和能源危机等问题，实现节能减排；
（2）对现有塑料产品制造实现产业升级和成本降低；
（3）制作成外卖餐具、餐盒和外包装，实现产业的绿色化；
（4）降低不可降解塑料的使用，实现常规塑料的零使用。
2.商业价值
此项技术拥有巨大的商业前景，对于塑料产业和外卖行业有以下市场价值：
（1）本材料可以替换生活中的大部分塑料制品，包括塑料盒子（外卖餐盒），塑料餐具，塑料板材等；
（2）本材料可以大幅降低可降解产品的成本，而且强度更高，同现有可降解产品做比较，本发明技术形成的产品将成本更低，性能更强生产速度更快，防腐蚀效果更佳；
（3）在塑料应用上的市场规模：全球每年将花费2040亿美元制造塑料，并且将花费8%的石油，产生上亿吨的塑料；
（3）盈利前景：蛭石价格为400元每吨，价格低廉。
3.发展规划
（1）该技术未来可应用至仿生材料构造，实现高强度可降解塑料国产化，快速提高我国在高强度材料领域的水平；
（2）该技术通过市场使用的塑料产品，比如一次性餐盒、餐具和塑料板材、插座等等，全方位进入普通塑料的使用场景。
4.合作方式
面议
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联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn
