作者:王健高 刘佳 徐广强 来源:科技日报 发布时间:2022/2/23 9:59:14
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锌催化剂出手 循环利用废弃塑料有了新思路

 

该技术的关键是在再聚合过程中,过加入不同类型单体可以获得性质各异的最终材料。该成果为聚乳酸循环利用提供了新的解决思路,并在聚合物的改性和合成方面具有发展前景。

——王庆刚 中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员

2月16日,记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉,该研究所王庆刚研究员带领的催化聚合与工程研究组发展了一种聚合物降解再聚合的升级化学循环新策略,以“聚合物到聚合物”的方式成功实现了聚乳酸废弃物到新聚乳酸材料的循环再利用过程。成果近期发表在高分子领域权威期刊《大分子》(Macromolecules)上,该研究所博士研究生杨茹琳为论文第一作者。

王庆刚在接受科技日报记者采访时表示,此次刊发的论文中文题目是采用“解聚再聚合”策略以“聚合物到聚合物”的方式对聚乳酸废塑料进行化学回收。目前,“一种锌催化剂催化聚乳酸材料回收再利用的方法”等部分科研成果已经申请发明专利。

破解废弃聚乳酸材料的后处理问题

“聚乳酸作为典型可再生原料(淀粉)来源的高分子材料,正逐步发展成为社会所必需的基础性大宗材料,废弃聚乳酸材料的后处理问题也引起了关注。”王庆刚解释说,近年来,随着人们环保意识的不断提高以及国家“禁塑令”与“双碳”政策的不断推动,可降解材料迎来了新的发展机遇。与此同时,使用完的聚乳酸材料的后处理问题也引起了人们关注。虽然聚乳酸可以在自然界中降解,但这一过程通常需要漫长的时间和特定的降解条件,而且降解产物是二氧化碳与水,无法实现直接快速循环利用,其降解本质上是一种碳排放过程,也是资源的浪费。化学循环的方式实现聚乳酸的回收利用,提供了废弃聚乳酸后处理的一种有效解决途径。目前的研究大多是将废弃聚乳酸转化为乳酸烷基酯,但是通过这一过程循环获得高分子量聚乳酸材料,需要将乳酸烷基酯水解成乳酸、预聚成低聚物、二聚成丙交酯然后聚合获得聚乳酸,这些方法虽然可行,但成本昂贵且效率低。

“因此,实现直接将废弃聚乳酸材料转化为新聚乳酸材料具有重要的研究价值和应用前景。”王庆刚说。

以“聚合物到聚合物”方式实现再利用

随着禁塑在全国各地的全面实施,由可再生原料淀粉制造的聚乳酸材料及其加工生产的各种可降解塑料制品,已成为普通塑料的主要替代品,随之而来的大量聚乳酸材料废弃物的回收利用问题。

令人欣喜的是,王庆刚带领的催化聚合与工程研究组以“聚合物到聚合物”的方式成功实现了聚乳酸废弃物到新聚乳酸材料的循环再利用过程。

如何采用“解聚再聚合”策略,通过以“聚合物到聚合物”的方式,实现对聚乳酸废塑料进行化学回收?

王庆刚研究组的研究成果表明,在催化剂的催化下,聚乳酸聚合物链被醇可控降解为短链聚合物,通过调节醇的量来调控降解后短链聚合物的分子量。醇的引入使得聚合物重新获得链增长活性,加入丙交酯单体后短链聚合物快速精确再聚合至理论分子量,从而获得新的高分子量聚乳酸。该策略的反应条件温和,副反应少,减少了完全重新生产聚乳酸的原料消耗,最大程度的提高了聚乳酸的回收再利用效率。

王庆刚表示,相对而言,现有技术大多是将聚乳酸废弃物转化为乳酸烷基酯,然后水解成乳酸,预聚成低聚物、二聚成丙交酯,最后聚合获得聚乳酸,成本贵且效率低。因此,实现直接将废弃聚乳酸材料转化为新聚乳酸材料具有可观的应用前景。

聚乳酸循环回收技术的关键是在再聚合过程中,通过加入不同类型单体可以获得性质各异的最终材料。王庆刚介绍,该成果为聚乳酸循环利用提供了新的解决思路。该技术在化学循环回收方面有效,并在聚合物的改性和合成方面具有发展前景。

“该策略反应条件温和,副反应少,减少了完全重新生产聚乳酸的原料消耗,提高了聚乳酸的回收再利用效率。在再聚合过程中,通过加入不同类型单体可以获得性质各异的最终材料。该成果为聚乳酸循环提供了新的解决思路。该策略在化学回收方面有效,并在聚合物的改性和合成方面具有发展前景。”杨茹琳表示。

 
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