以“聚合物到聚合物”方式 破解廢棄聚乳酸材料的后處理問題

2月16日，記者從中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該研究所王慶剛研究員帶領(lǐng)的催化聚合與工程研究組發(fā)展了一種聚合物降解再聚合的升級(jí)化學(xué)循環(huán)新策略，以“聚合物到聚合物”的方式成功實(shí)現(xiàn)了聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環(huán)再利用過程。成果近期發(fā)表在高分子領(lǐng)域權(quán)威期刊《大分子》(Macromolecules)上，該研究所博士研究生楊茹琳為論文第一作者。

王慶剛在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，此次刊發(fā)的論文中文題目是采用“解聚再聚合”策略以“聚合物到聚合物”的方式對(duì)聚乳酸廢塑料進(jìn)行化學(xué)回收。目前，“一種鋅催化劑催化聚乳酸材料回收再利用的方法”等部分科研成果已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利。

破解廢棄聚乳酸材料的后處理問題

“聚乳酸作為典型可再生原料(淀粉)來源的高分子材料，正逐步發(fā)展成為社會(huì)所必需的基礎(chǔ)性大宗材料，廢棄聚乳酸材料的后處理問題也引起了關(guān)注。”王慶剛解釋說，近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高以及國(guó)家“禁塑令”與“雙碳”政策的不斷推動(dòng)，可降解材料迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí)，使用完的聚乳酸材料的后處理問題也引起了人們關(guān)注。雖然聚乳酸可以在自然界中降解，但這一過程通常需要漫長(zhǎng)的時(shí)間和特定的降解條件，而且降解產(chǎn)物是二氧化碳與水，無法實(shí)現(xiàn)直接快速循環(huán)利用，其降解本質(zhì)上是一種碳排放過程，也是資源的浪費(fèi)?；瘜W(xué)循環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)聚乳酸的回收利用，提供了廢棄聚乳酸后處理的一種有效解決途徑。目前的研究大多是將廢棄聚乳酸轉(zhuǎn)化為乳酸烷基酯，但是通過這一過程循環(huán)獲得高分子量聚乳酸材料，需要將乳酸烷基酯水解成乳酸、預(yù)聚成低聚物、二聚成丙交酯然后聚合獲得聚乳酸，這些方法雖然可行，但成本昂貴且效率低。

“因此，實(shí)現(xiàn)直接將廢棄聚乳酸材料轉(zhuǎn)化為新聚乳酸材料具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。”王慶剛說。

以“聚合物到聚合物”方式實(shí)現(xiàn)再利用

隨著禁塑在全國(guó)各地的全面實(shí)施，由可再生原料淀粉制造的聚乳酸材料及其加工生產(chǎn)的各種可降解塑料制品，已成為普通塑料的主要替代品，隨之而來的大量聚乳酸材料廢棄物的回收利用問題。

令人欣喜的是，王慶剛帶領(lǐng)的催化聚合與工程研究組以“聚合物到聚合物”的方式成功實(shí)現(xiàn)了聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環(huán)再利用過程。

如何采用“解聚再聚合”策略，通過以“聚合物到聚合物”的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚乳酸廢塑料進(jìn)行化學(xué)回收?

王慶剛研究組的研究成果表明，在催化劑的催化下，聚乳酸聚合物鏈被醇可控降解為短鏈聚合物，通過調(diào)節(jié)醇的量來調(diào)控降解后短鏈聚合物的分子量。醇的引入使得聚合物重新獲得鏈增長(zhǎng)活性，加入丙交酯單體后短鏈聚合物快速精確再聚合至理論分子量，從而獲得新的高分子量聚乳酸。該策略的反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，減少了完全重新生產(chǎn)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。

王慶剛表示，相對(duì)而言，現(xiàn)有技術(shù)大多是將聚乳酸廢棄物轉(zhuǎn)化為乳酸烷基酯，然后水解成乳酸，預(yù)聚成低聚物、二聚成丙交酯，最后聚合獲得聚乳酸，成本貴且效率低。因此，實(shí)現(xiàn)直接將廢棄聚乳酸材料轉(zhuǎn)化為新聚乳酸材料具有可觀的應(yīng)用前景。

聚乳酸循環(huán)回收技術(shù)的關(guān)鍵是在再聚合過程中，通過加入不同類型單體可以獲得性質(zhì)各異的最終材料。王慶剛介紹，該成果為聚乳酸循環(huán)利用提供了新的解決思路。該技術(shù)在化學(xué)循環(huán)回收方面有效，并在聚合物的改性和合成方面具有發(fā)展前景。

“該策略反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，減少了完全重新生產(chǎn)聚乳酸的原料消耗，提高了聚乳酸的回收再利用效率。在再聚合過程中，通過加入不同類型單體可以獲得性質(zhì)各異的最終材料。該成果為聚乳酸循環(huán)提供了新的解決思路。該策略在化學(xué)回收方面有效，并在聚合物的改性和合成方面具有發(fā)展前景。”楊茹琳表示。

(記者王健高通訊員劉佳徐廣強(qiáng))

標(biāo)簽： 廢棄聚乳酸 處理問題 大宗材料 成本昂貴