大阪大学的研究人员开发了一种新型聚合物，它将要求苛刻的应用所需的韧性与易于回收成类似新材料的能力结合在一起。这种聚合物使用在特定条件下起作用的独特导向基团，可以承受恶劣的环境，但在镍催化剂存在下可以毫不费力地分解。这项创新可以使塑料无限期地回收，而不会降低其质量，从而有望显着减少塑料污染。
科学家们发明了坚韧的化学可回收聚合物，它们在压力下保持高性能，但可以精确分解和重复使用，而不会降低质量。他们的方法使用金属催化剂引发分解，可能会彻底改变塑料回收。
大阪大学的研究人员开发了一种新型聚合物，它将要求苛刻的应用所需的韧性与易于回收成类似新材料的能力结合在一起。
这种聚合物使用在特定条件下起作用的独特导向基团，可以承受恶劣的环境，但在镍催化剂存在下可以毫不费力地分解。这项创新可以使塑料无限期地回收，而不会降低其质量，从而有望显着减少塑料污染。
彻底改变塑料回收
塑料是现代生活的基础，在医学、技术和食品安全等领域至关重要，其有益特性是不可替代的。然而，使塑料具有价值的耐用性也使其成为有问题的污染物并且难以回收。解决这一关键问题的关键在于开发更容易回收的塑料。
在今天（10 月 7 日） 《化学科学》杂志上发表的一项研究中，大阪大学的研究人员找到了一种制造坚韧、高性能聚合物（塑料的主要成分）的方法，这种聚合物可以轻松、精确地分解成其组成部分并回收成与新材料一样的材料。
聚合物的强化和回收
塑料的主要成分是称为聚合物的分子，它们是称为单体的小重复单元的长链。目前的物理回收只是简单地重复利用聚合物而不分解它们，而且回收的塑料通常比原始塑料更糟糕。化学回收是一种较新的方法，它将聚合物链分解回单体单元，然后将这些单元重新连接在一起。回收的塑料就像新的一样。然而，设计用于化学回收的聚合物通常较弱，因为它们的单体单元之间的连接较弱，因此很容易断裂链。
研究人员开发了一种方法来制造坚韧的、可化学回收的聚合物，同时又不影响耐热性和耐化学性。这一突破可以极大地扩展化学可回收聚合物的用途。
可化学回收的新型坚固聚合物。引入导向基团可以催化断裂强化学键，从而使坚固的聚合物受控降解为单体。图片来源：Mamoru Tobisu，大阪大学
聚合物技术的新时代
“我们知道，我们需要使单体之间的联系在恶劣的环境中真正牢固，但在特定的回收条件下很容易被破坏，”主要作者小川聪说。 “我们惊讶地发现，没有人尝试过加入一个指导小组，只有在金属催化剂存在的情况下才能打破牢固的联系。”
指导组就像链接上的一把锁，只有当正确的钥匙出现时才能打开链接。这些聚合物可以承受高温和刺激性化学物质，但在回收时，镍催化剂就像一把钥匙，导向基团可以轻松打开链接，释放单体。然后可以从单体重新组装原始聚合物。
迈向可持续塑料解决方案
资深作者 Mamoru Tobisu 解释说：“制造出如此坚韧的聚合物，可以轻松、精确地分解，并通过如此简单的步骤回收成原始材料，这是向前迈出的一大步。” “这种革命性的设计可用于制造高性能聚合物，这些聚合物可以无限期回收而不会降低质量。”
该团队的工作表明，性能和可回收性之间不必进行权衡。他们的设计可用于许多其他聚合物，使多种类型的塑料可化学回收，可能有助于将塑料污染扔进历史的垃圾桶。
参考文献：
“通过定向基团辅助催化控制化学稳定聚（芳基醚）的降解”，2024 年 10 月 7 日，化学科学。
DOI：10.1039/d4sc04147j