威客电竞官方平台大子刊 Nature Chemistry丨能取代聚乙烯的新材料可反复回炉再生!

2025-04-23 12:36:12
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  威客电竞首页威客电竞首页随着全球塑料污染问题愈发严峻,开发可降解、可回收的新型材料成为化学和材料科学的焦点。本文综述了一项突破性研究:研究者基于植物油提取的长链二醇,借助地壳丰富的锰催化剂,成功合成出一类聚乙烯(PE)类材料,并首次实现了其高效的闭环化学回收。该体系材料不仅具备与传统高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)相似甚至更优的力学性能,而且能在不受常规染料、添加剂干扰的条件下实现多次高收率回收。研究从单体设计、催化聚合、材料性能调控,到闭环回收流程做了系统性探索,为构建可持续塑料循环经济奠定了坚实的化学基础。

  本研究为塑料循环经济提供了一条真正可实现闭环化学回收的路径。从单体绿色合成、结构调控、性能评估到高效回收,每一步都体现出对“绿色、高性能、可持续”材料体系的深刻理解与实践。未来,若能进一步提升其高温性能、催化效率并实现产业化放大,将有望真正推动“无塑社会”的到来。该材料最大的亮点在于“闭环回收”与“绿色合成”并重,具备替代现有聚乙烯类材料的潜力。其不足之处主要在于软化点偏低,不适合高温环境使用,催化剂效率和成本虽优于贵金属,但仍需优化。

  图1从生物基线性二醇和支链二醇聚合得到具有可调性能的PE类材料的催化闭环回收概述。

  自上世纪中叶以来,聚烯烃类塑料(如HDPE、LLDPE)因其优异的物理性能与成本优势迅速占领全球市场,成为年产量最大的高分子材料。然而,其固有的化学惰性,使其极难自然降解或高效回收,造成严重的“白色污染”与微塑料问题。

  现有回收方式如机械回收、裂解回收(如热解、蒸汽裂解)或高温催化裂解,不仅能耗大、选择性差,还可能产生新污染物。更先进的化学回收策略多依赖贵金属催化剂(如Ru、Rh等),制备工艺复杂威客电竞官方平台、原料成本高,难以规模化应用。

  因此,开发一种来源于可再生资源、结构接近聚乙烯、且能闭环化学回收的新型聚合物,是实现绿色塑料经济的关键。

  本文提出了一种以可再生植物油为原料、使用地壳丰富金属锰催化合成的新型聚乙烯类材料(PE-like polymer),通过“无受体脱氢聚合”(ADP)手段形成高分子,并首次实现:

  可在存在市售染料、添加剂、商用塑料杂质等条件下实现95%的闭环化学回收;

  研究选用天然脂肪酸(如橄榄油中的油酸)为原料,通过油烯交联与氢化反应,分别制得线,并通过“硫醇-烯”点击反应衍生出多个具有不同支链长度和结构的单体(M3-M6),构建了具有良好模块性的单体平台。

  这些单体均含有二醇官能团,可用于ADP聚合威客电竞官方平台,且转化率均在95%以上,合成绿色、高效、成本低廉。

  传统的ADP反应往往依赖于钌等贵金属催化剂。本文首次系统比较了Fe、Co、Mn等非贵金属催化剂活性,发现Mn-I配合物表现出最优转化率与聚合度,聚合产物的数均分子量达67.9–185.1 kDa,且分散度较小(1.76),显示出良好的聚合控制能力。

  通过调节线的比例,作者合成出一系列结晶度、弹性、粘附性差异显著的聚合物。部分关键性能如下:

  受硫醚基团强金属亲和力启发,研究者对比不同支链结构下的金属表面附着强度,发现含硫支链(如PE-18-S6-20)对不锈钢、玻璃等材料表现出5.0 MPa的剪切强度,媲美市售强力胶J-B Kwik(5.0 MPa)。

  在温和氢气氛围(140°C, 40 bar)下,催化剂Mn-I可将聚合物完全转化为起始二醇单体,回收率95%,即使在混合塑料废弃物中也能实现高选择性回收。

  更重要的是,材料可多轮“聚合-回收-再聚合”循环,且回收后的材料力学性能无明显衰减,具备工业化可行性。

  (文章来源:Nature Chemistry, 点击阅读原文可查看原始文献)

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