聚合物科学团队开发出可以升级回收多种塑料的添加剂

无需提醒人们，塑料生产和塑料污染多年来一直在稳步增加——证据就在我们身边。如果我们能够以真正可持续的方式回收塑料会怎样?

这个问题正是由助理教授兼博士 Reika Katsumata 提出的。自然科学学院聚合物科学与工程 (PSE) 系的学生 Autumn Mineo 正在试验聚合物回收，以确定用于聚合物再加工的新型环保化学和技术。

他们的研究发表在《Angewandte Chemie 国际版》杂志上。

回收的现实

我们都喜欢认为，尽管我们尽最大努力避免使用不可回收的物品，但我们偶尔扔进垃圾桶的聚苯乙烯泡沫塑料杯最终可以重新组合成一个全新的杯子，对环境影响很小或没有，但回收过程比那更复杂。

机械回收依靠严酷的温度和加工条件，将精选的消费后废物流重新改造为新产品。反复暴露在这些条件下会导致材料随着时间的推移而分解，材料性能相应恶化——这种结果通常被称为“降级循环”。

或者，某些聚合物可以进行化学分解和重组，从而提高循环寿命和材料坚固性。然而，对于当今使用的许多商品聚合物来说，化学回收是不可能的。

通过化学升级回收

Katsumata 和她的团队试图通过所谓的加成-断裂-转移 (AFT) 化学(该领域专注于基于自由基的键交换反应)创建一种更可持续的回收和再加工聚合物的工艺。“日常塑料都是大分子，由重复单元或‘单体’组成，”胜又解释道。“许多聚合物无法进行化学分解和重组，因为将单体结合在一起的碳-碳单键相对稳定。”

为了解决这个稳定性问题，PSE 研究人员开发了一种添加剂，它与传统单体共聚并生成具有通过 AFT 化学交换能力的主链单元。

Katsumata 说：“这种动态连接可以促进聚合物断裂(或切断)和聚合物延伸，以完成闭环回收。” “此外，我们添加剂的动态特性促进了其他化学改性，通过利用商品塑料废料并形成新型专用聚合物(例如嵌段共聚物粘合剂)，具有‘升级循环’或增加产品价值的潜力。”

这项工作确定了一种与现有聚合物合成方法兼容的新单体，它在单体单元之间形成动态键，可在使用后分解塑料。这些较小的聚合物片段(称为低聚物)仍然具有反应性，可以作为新聚合物生长的起点。

研究小组发现，聚合物分解(断链)和重新生长(链延伸)的循环可以重复和修改，以改变断裂和延伸的程度。

建立意识

这项研究背后的一个关键驱动力是对刺激创新的渴望。Katsumata 表示：“我们的研究通过揭示聚合后的潜在反应性，推进了 AFT 化学的基础知识。” “此外，我们希望我们的工作能够启发聚合物行业投资于共聚策略和其他回收技术，特别是当它适用于聚烯烃产品时。”

Katsumata 和 PSE 团队认为，这项研究可以作为新的回收方法以及环境友好化学和技术的识别的基础，让我们看到塑料和其他具有挑战性的材料得到更可持续管理的未来。