摘要：商品聚合物在我國(guó)社會(huì)中普遍存在，由于其多用途的特性，已經(jīng)取代了許多無(wú)機(jī)和金屬基材料。然而，它們的功能在很大程度上依賴(lài)于添加各種被稱(chēng)為添加劑的成分，這使得有效地回收塑料材料中的聚合物部分具有挑戰(zhàn)性。因此，為商品聚合物和添加劑開(kāi)發(fā)高效的化學(xué)回收策略，以促進(jìn)直接利用回收的單體和添加劑，而無(wú)需進(jìn)一步的純化。在這里，作者開(kāi)發(fā)了一種策略，將兩種廢商品聚合物，聚碳酸酯（PC）和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）共同上循環(huán)成聚芳基酸酯，一種高性能透明工程塑料。通過(guò)結(jié)合高活性的無(wú)金屬離子液體催化劑和可變溫度控制的兩階段界面聚合技術(shù)，成功地從回收單體中的直接利用的活性塑料中制備了聚丙烯酸酯薄膜材料。這些材料具有優(yōu)異的熱性能（Tg = 192.8℃）

圖1 廢PET/PC常規(guī)和上循環(huán)路線(xiàn)示意圖

a. 廢PET和PC的化學(xué)回收的常規(guī)做法，包括溶劑溶解、純化和再聚合

b. 本文的工作是關(guān)于直接利用PC和PET轉(zhuǎn)化為r-PAR雜質(zhì)

引言：PC和PET的困境與回收難題

塑料是現(xiàn)代社會(huì)的基石，全球年產(chǎn)量超5億噸，但回收率不足15%。大量廢棄塑料通過(guò)填埋、焚燒或隨意丟棄，不僅造成資源浪費(fèi)，還釋放有毒物質(zhì)（如雙酚A），威脅生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)健康。傳統(tǒng)的機(jī)械回收方法效率低下，且難以處理含有添加劑的混合塑料。如何高效、環(huán)保地實(shí)現(xiàn)塑料循環(huán)利用，成為全球科學(xué)界亟需攻克的難題。

PC和PET是兩類(lèi)應(yīng)用最廣的商品塑料。PC廣泛用于電子外殼、光盤(pán)，但其降解可能釋放內(nèi)分泌干擾物雙酚A（BPA）；PET常見(jiàn)于飲料瓶、紡織品，但機(jī)械回收會(huì)導(dǎo)致性能劣化。現(xiàn)有化學(xué)回收技術(shù)雖能將塑料解聚為單體，卻面臨添加劑干擾、高純化成本的瓶頸。

圖2在溫和條件下PC的催化水解

技術(shù)突破：催化與聚合的雙重創(chuàng)新

近日，四川大學(xué)張帆教授和張剛研究員團(tuán)隊(duì)合作，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了一種廢棄PC與PET的協(xié)同回收與升級(jí)轉(zhuǎn)化為高性能透明工程塑料聚芳酯（PAR）的技術(shù)（圖1），并直接利用回收單體中的雜質(zhì)封端劑，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。

圖3廢PET和PC的催化甲醇解及回收的BPA單體分析

2.1. 高效無(wú)金屬離子液體催化劑

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型離子液體催化劑[TBDH]Ac，其通過(guò)協(xié)同作用激活甲醇和塑料中的羰基鍵，顯著提升甲醇解效率。實(shí)驗(yàn)顯示，該催化劑在100°C下4小時(shí)內(nèi)即可將PC完全降解，單體回收率高達(dá)98%（BPA）和99%（DMT），且催化劑可循環(huán)使用5次以上，穩(wěn)定性?xún)?yōu)異。

2.2. 兩階段界面聚合技術(shù)

傳統(tǒng)方法需對(duì)回收單體進(jìn)行高成本純化以去除添加劑（如封端劑PTBP），而本研究創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了“變溫控制兩階段聚合”技術(shù)：

• 第一階段（5–10°C）：在低溫下啟動(dòng)聚合反應(yīng)，利用PTBP的低水溶性抑制其干擾。

• 第二階段（15–18°C）：升溫使PTBP溶解，直接將其作為封端劑參與反應(yīng)，既避免雜質(zhì)影響，又提升材料性能。

通過(guò)該方法制備的再生聚芳酯（r-PAR）展現(xiàn)出卓越性能：

• 熱穩(wěn)定性：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）達(dá)192.8°C，初始熱分解溫度470°C，與商用PAR（U-100）相當(dāng)。

• 透光率：薄膜透光率在400–450 nm波段達(dá)85%以上，適用于光學(xué)器件。

• 阻燃性：通過(guò)UL-94 V-0級(jí)測(cè)試，燃燒時(shí)間僅2.8秒，遠(yuǎn)超PC的V-1級(jí)。

• 可循環(huán)性：r-PAR可再次解聚并重新聚合，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回收。

圖4 將廢舊PC和PET共同升級(jí)為高性能特種工程塑料—聚芳酯

圖5 實(shí)驗(yàn)室展示了大規(guī)模的廢商業(yè)塑料和纖維進(jìn)入r-PAR及其閉環(huán)循環(huán)，

以及r-PAR薄膜材料的透明度和阻燃性試驗(yàn)。

環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益：低碳路徑與高附加值

3.1. 生命周期評(píng)估（LCA）

與傳統(tǒng)塑料管理方式相比，該技術(shù)使全球變暖潛勢(shì)（GWP）降低26%，淡水生態(tài)毒性減少37%，并顯著降低人體毒性風(fēng)險(xiǎn)（尤其BPA回收減少53%）。

3.2. 經(jīng)濟(jì)可行性

以年產(chǎn)1萬(wàn)噸r-PAR計(jì)算，每噸產(chǎn)品附加值高達(dá)8049美元（約合人民幣5.8萬(wàn)元），且產(chǎn)品性能對(duì)標(biāo)商用U-100（市價(jià)1萬(wàn)美元/噸）。規(guī)模化生產(chǎn)可大幅降低催化劑和能源成本，抵御市場(chǎng)波動(dòng)。

圖6 共循環(huán)廢物PE和PC的LCA和輸入輸出分析，以及PAR閉環(huán)循環(huán)的LCA

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《Upcycling waste commodity polymers intohigh-performance polyarylate materials withdirect utilization of capping agent impurities》

（文章來(lái)源：Nature Communication， 點(diǎn)擊閱讀原文可查看原始文獻(xiàn)）

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