塑料是这个时代最伟大的发明之一,也曾被认为是最糟糕的发明。它们虽然为我们的生产、生活提供经济便捷,却同时造成了“白色污染”。那么问题来了,高分子材料“用”还是“不用”?我们从制造加工过程中的能耗来看,高分子材料的生产、加工、使用和后续处理中所需的能耗远低于金属、玻璃等,产生的污染也是最少的,因此高分子材料是一种最为理想的材料。
图1.材料在整个生命周期中的能耗和污染(Galli P, Vecellio G. Progress in Polymer Science, 2001, 26(8):1287-1336.)
“好用”但是“处理难”
高分子材料优点太突出!以至于渗透到人类生活中的方方面面。然而,大量的高分子废弃物导致了例如:塑料包装废弃物带来的“白色污染”,纺织品废弃物带来的“彩色污染”,汽车轮胎带来的“黑色污染”。每人消耗一点点高分子材料,产生的废弃物都是对地球生态环境的巨大灾难。那么如何解决这一全球性的难题呢?
热固性塑料回收新技术!
传统的热固性聚合物分子通过共价键进行永久交联,具有比热塑性塑料更好的耐溶剂性和热机械性能,是目前和将来在高温电子设备、汽车应用中使用最为广泛的塑料,目前占全球塑料生产的15%-20%。然而,正是因为太稳定了,热固性塑料无法通过熔化或者溶液处理进行再成型以进行循环利用。原则上可回收利用的热固性塑料,也因成本高、能耗大、再生后品质差等缺点,而变得不切实际。所以,目前的热固性废弃塑料给全球的经济造成了巨大的损失的同时,带来了严峻的环境问题。
近日,《Nature》、《Science》先后报道点评美国劳伦斯伯克利国家实验室的Brett A. Helms教授团队发表在《Nature Chemistry》上,题目为“Closed-loop recycling of plastics enabled by dynamic covalent diketoenamine bonds”。该团队开发了一种通过二酮胺(diketoenamines)动态共价交联的热固性材料。他们通过简单地强酸处理,使二酮胺聚合物网络解聚成再生的原始单体,从而实现材料的循环利用。
本文亮点:
1、该工艺利用动态共价二酮胺键,通过简单的强酸处理来解聚含有酮胺的聚合物网络,并从混合废液流中对目标单体进行回收。
2、对于含大量添加剂,如玻璃纤维、着色剂、阻燃剂等的复合塑料,该方法同样适用,实现了复合热固性材料的回收。
3、回收得到的单体可以按照原来的配方重新进行制造,得到的产品性能保持不变
图文速递
图1.可逆动态共价二酮胺键
图2. 动态共价交联聚酮胺的闭环回收
图3.纤维增强复合材料的脱色、去除添加剂及其闭环循环利用。
a. 由PDK-6(tREN)与碳纳米纤维、TiO2、蓝色、黄色或红色有机染料复合而成的混色废物流;b. PDK-6(tREN)的红色,蓝色,黄色和黑色样品在室温下于H2SO4(5 M)中完全解聚,得到TK-6单体和颜料/添加剂的固体混合物;c. 在室温下将TK-6萃取到碱溶液中,并通过过滤与添加剂分离; d. 碱性提取物酸化,沉淀纯TK-6单体; f. 玻璃纤维布:浸渍有PDK-6(tREN),含有25%(wt/wt)TPP阻燃剂; g-h. PDK-6(tREN)解聚得到的玻璃纤维布; i. TK-6单体与阻燃剂的分离。
Coralie Jehanno和Haritz Sardon撰写评述称:这项最新的工作为制备完全可回收的热固性材料开辟了研究途径。更重要的是这种方法对于含大量添加剂(玻璃纤维、着色剂、阻燃剂等)的废弃塑料同样适用,解决了该领域的一大挑战。
此外,想要实现从学术研究到产业化的转变,我们还需要考虑一些问题:
1、该工艺能否拓展到工业规模?
2、反应涉及大量酸、碱来回收和净化单体,这个过程能否满足环保要求?
3、与现有聚合物相比,这些新型塑料在成本和效益上有无优势?
原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0249-2
评述链接:
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01209-3
https://www.sciencemag.org/news/2019/04/just-10-us-plastic-gets-recycled-new-kind-plastic-could-change
来源:高分子科学前沿 作者:Dr.Le 钱塘river
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