Chem. Eur. J. :可闭环回收高分子的新趋势:单体设计和催化本体解聚

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近日,大连理工大学刘野教授和吕小兵教授,受邀在国际期刊《Chemistry - A European Journal》上发表题为“Emerging Trends in Closed-loop Recycling Polymers: Monomer Design and Catalytic Bulk Depolymerization”的Concept文章,从单体设计和催化本体解聚的角度,阐述了可闭环回收高分子研究的新趋势。



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塑料具有价格低廉、重量轻、延展性好和耐用性久等诸多优点,与现代生活和工业生产密切相关。但是,废旧塑料的长期稳定性和在自然界的累积也带来了严重的环境问题。近年来,越来越多的研究投入到发展具有闭环回收特性的合成高分子材料,期望从源头上解决塑料污染问题。从“聚合物化学循环到单体”曾连续两年被IUPAC选为化学领域十大新兴技术,已经成为高分子化学家关注的焦点。通过单体的设计和定制,可以赋予相应高分子产品特殊的可循环性,并可以实现材料性能的调控,这是构建可闭环回收高分子的核心科学问题,也是目前此领域研究的主流方向。然而,可闭环回收高分子真正走向工业应用,还需要兼顾解聚循环到单体的效率和方式。相对于溶液解聚,本体解聚到单体更加具有工业应用前景,此策略无需考虑溶剂的回收分离问题,单体可以直接通过蒸馏或升华方式实现循环再利用。但无溶剂热解也存在致命缺点,多数体系需要高温,存在能耗高和解聚过程容易发生副反应。因此,发展高效催化剂,实现催化本体解聚到单体对可循环高分子走向工业应用极其重要。


该Concept从单体设计角度出发,重点阐述了具有特定材料性能和催化本体解聚到单体能力的可闭环回收高分子,如聚γ-丁内酯、聚δ-戊内酯及衍生物、CO2基聚碳酸酯、含硫高分子以及聚缩醛等。最后,作者对该领域未来可能的研究方向和趋势进行了评述和展望:实现塑料的闭环经济过程,除了设计具有本体催化解聚能力的单体,研究者需要更加关注大宗商品化塑料的催化解聚,除了聚烯烃和聚对苯二甲酸乙二醇酯,很多通过内酯开环聚合制备的商品化聚酯实现闭环回收过程仍旧面临挑战,如聚乳酸、聚β羟基脂肪酸酯等。材料制备过程需要考虑成本问题,利用廉价的可再生资源为原料,开发高效、高选择性聚合和解聚催化剂,会极大降低材料的生产成本。此外,由于真实使用高分子材料往往含有各种添加剂、助剂等, 需要考虑复杂体系(特别是不同种类高分子混合物)的高分子本体催化解聚回收。总之,有效构建高分子材料闭环经济链是实现塑料可持续发展的重要策略,需要科学界和产业界长期不懈的努力。

文信息

Emerging Trends in Closed-Loop Recycling Polymers: Monomer Design and Catalytic Bulk Depolymerization

Prof. Dr. Ye Liu, Prof. Dr. Xiao-Bing Lu


本研究获得国家重点研发计划(2021YFA1501704)和国家自然科学基金(21871036)等项目支持。


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202203635




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