新型聚合物回收策略确保高稳定性和完全可回收性

塑料固体废物的产生量不断增加，导致全球陆地和海洋的塑料污染。预测显示，塑料垃圾在未来 20 年内将翻一番，从而导致更多的环境问题。目前，大量塑料垃圾被焚烧或堆放在垃圾填埋场。这不仅会破坏环境，还会耗尽宝贵的资源。

有鉴于此，回收塑料(如聚合物)是一种很有前途的废物管理可持续替代方案。但这涉及破坏单体(聚合物的组成部分)之间的化学键，从而降低它们的整体稳定性和质量。为了解决这个问题，研究人员开发了在“闭环”中回收聚合物的方法，即不会损失这些特性。然而，这些方法复杂且昂贵，并且需要专门的单体，需要进一步创新。

在这个方向上，信州大学副教授铃木大辅领导的一组研究人员最近提出了一种基于聚合物微粒的闭环回收工艺。他们的工作由信州大学的 Takumi Watanabe 博士和 Haruka Minato 博士共同撰写，已发表在《 绿色化学》杂志上。

铃木教授简要解释了他们策略背后的基本原理： “回收材料不会变质(闭环回收)在减少人为废物方面具有吸引力。然而，鉴于聚合物材料的机械稳定性和可降解性之间通常存在权衡，目前这仍然非常困难。我们的微粒材料回收概念使我们在日常生活中使用的大量功能性高分子材料得到回收利用，并有可能解决资源枯竭和环境污染问题。”

在他们的研究中，作者通过丙烯酸甲酯 (MA) 单体在水中的水乳液聚合制备聚合物微粒，从而形成聚合物链。这些聚集形成含有均匀球形聚-MA微粒的溶液。然后将溶液干燥以获得微粒之间具有物理(而不是化学)交联的聚合物薄膜，可以通过将薄膜溶解在乙醇中来重新获得。反过来，这些回收的微粒可以重复使用以形成各种回收材料。

在这项工作中合成的薄膜表现出几种理想的特性，它们在回收时保留了这些特性。它们具有高机械稳定性和断裂能，这是它们韧性的一个指标。后一种特性随着聚-MA 微粒之间的界面厚度而增加。这反过来又随着颗粒间交联度的增加而降低，但在加热薄膜时增加。

研究人员通过将微粒与二氧化硅纳米填料混合，进一步提高了聚合物薄膜的断裂能。此外，添加有色颜料使所得复合薄膜具有可调的光学特性，并且在回收时不会减弱。这些结果表明，基于聚合物微粒的闭环回收将使聚合物以及许多其他含有聚合物微粒的复合材料能够在其不同层之间形成粘附界面，从而实现资源循环。

最后，Suzuki 教授强调了当前工作的未来潜力。 “我们的概念可以导致生产具有高断裂能的完全可回收薄膜。因此，它将能够回收大量各种高分子材料，从而减少塑料垃圾，并有可能解决环境退化和塑料污染问题。”

“闭环”回收策略无疑为高分子材料的高效可持续回收“打开”了新的大门!

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