聚乳酸（PLA）具有良好的力學(xué)性能和可加工性，其制品使用后可以在堆肥條件下降解生成CO2和水，對(duì)環(huán)境友好。因此，聚乳酸作為典型的可再生原料來(lái)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。

不過(guò)，聚乳酸的降解通常需要漫長(zhǎng)的時(shí)間和特定的條件，且降解產(chǎn)物無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接快速循環(huán)利用，本質(zhì)上是一種碳排放過(guò)程。隨著“十四五”國(guó)內(nèi)聚乳酸產(chǎn)能的爆發(fā)和下游應(yīng)用市場(chǎng)的擴(kuò)張，廢棄聚乳酸材料的后續(xù)處理問(wèn)題逐漸引發(fā)行業(yè)關(guān)注。

2022年2月，中科院青島能源所的王慶剛研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)采用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。

此前的研究大多是將廢棄聚乳酸轉(zhuǎn)化為乳酸烷基酯。通過(guò)這一過(guò)程獲得的高相對(duì)分子質(zhì)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。這種方法雖然可行，但成本昂貴且效率低。

尋求一種將廢棄聚乳酸材料直接轉(zhuǎn)化為新聚乳酸材料的方法，具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。王慶剛研究團(tuán)隊(duì)的新聚乳酸材料是在原有聚乳酸的基礎(chǔ)上合成的，利用降解再聚合實(shí)現(xiàn)廢棄聚乳酸100%的回收利用，為廢棄聚乳酸后處理提供了一種有效解決途徑。

為此，研究團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，制備出催化效果最佳的金屬鋅催化劑。該催化劑是以鋅和六甲基二硅氧烷為原料制備而成的雙(六甲基二硅氧烷)鋅即Zn(HMDS)?。

研究表明，金屬鋅催化劑在降解再聚合過(guò)程中起決定性作用。在以Zn(HMDS)?催化的降解再聚合過(guò)程中，聚乳酸聚合物鏈被醇可控降解為短鏈聚合物，通過(guò)調(diào)節(jié)醇的量可以調(diào)控降解后短鏈聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量。醇的引入使得聚合物重新獲得鏈增長(zhǎng)活性，再聚合過(guò)程加入不同當(dāng)量的丙交酯可以精確控制所得新聚乳酸的相對(duì)分子質(zhì)量。

這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是降解過(guò)程聚乳酸能否被可控降解至理論鏈長(zhǎng)的短鏈聚合物，以及再聚合過(guò)程短鏈聚合物能否快速精確再聚合至目標(biāo)相對(duì)分子質(zhì)量，以此獲得性質(zhì)各異的最終材料。

此外，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，最大程度地提高了聚乳酸的回收再利用效率。

王慶剛表示，該降解再聚合策略不僅促進(jìn)了聚合物回收領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)在聚合物改性以及新型結(jié)構(gòu)聚合物合成領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。下一步，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步研究拓展該策略的應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)更加高效的聚合物回收策略。

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