化学家应对回收混合塑料的严峻挑战

塑料在我们的日常生活中无处不在，但并非所有塑料生而平等——远非如此。

以聚对苯二甲酸乙二醇酯为例，这是一种用于制造汽水瓶和服装纤维的塑料。然后是高密度聚乙烯，洗发水瓶、牛奶罐和切菜板都是从中衍生出来的。不要忘记用于包装的聚苯乙烯或低密度聚乙烯，它们为我们提供了保鲜膜和食品袋。

所有这些都是塑料，它们是使用最广泛的聚合物类型——由称为单体的小分子重复单元组成的大分子。消费后塑料几乎总是作为混合废物流被收集起来，产品通常由两种或更多种塑料制成。

坏消息是，这些物品虽然都是“塑料”，但在化学和物理上是不相容的，并且没有好的工业方法可以将它们重新使用或重新加工成其他有用的产品。这就是为什么您每周扔进垃圾箱的大部分“可回收物”都会被送往垃圾填埋场。即使经过仔细分类和分离成单个塑料，机械回收通常也会产生劣质产品，称为降级循环。

长期以来，科罗拉多州立大学的聚合物化学家一直是寻找解决人类因塑料废物造成的环境问题的方法的领导者。现在，他们提出了基础性的新化学，为回收混合用途塑料的挑战提供了创造性的解决方案。

在化学系大学杰出教授 Eugene Chen 以及哥伦比亚大学教授 Tomislav Rovis 和 Sanat Kumar(Rovis 以前是 CSU 的教员)的带领下，该团队设计了一种新的化学策略，可以提供专门设计的小分子，称为通用动态交联剂进入混合塑料流。这些交联剂将以前不可混合的材料转化为一组可行的新型聚合物，这些聚合物可以转化为新的、更高价值的、可再加工的材料，这一过程称为升级回收。他们的工作发表在 《自然》杂志上。

动态交联剂

当与少量添加的动态交联剂一起加热和加工时，混合塑料通过原位形成一种称为多嵌段共聚物的新材料而彼此相容。

Kumar 将嵌段共聚物比作肥皂分子，使水与油性污垢分子相容。“以类似的方式，这些新型动态形成的‘肥皂’，即嵌段共聚物，使混合塑料相容，使它们可用作具有有用特性的新型材料。”

这种升级再造的新方法不涉及解构或重建任何原始聚合物，它引入了一种潜在的解决方案，用于回收通常最终进入垃圾填埋场的消费后混合塑料中赋予的材料和能量。

该团队设计了他们的交联剂，并在各种塑料上对其进行了测试，包括混合聚乙烯 Ziploc 袋和聚丙交酯杯子的样品，这些样品没有预先纯化或去除添加剂或染料，这些通常存在于消费后塑料产品中。他们将实验与模型研究相结合，以验证交联剂会诱导新的多嵌段共聚物的形成。

“该系统非常高效，它将三种不同的聚合物相容成一种新材料，”罗维斯说。

多次使用周期

Chen 说，研究人员认为他们的新策略可以帮助实现在多个使用周期中重复使用混合塑料废物的最终目标。

“一个关键的障碍是成本;我们谈论的是数百万吨塑料垃圾，您必须考虑需要多少动态交联剂，尽管我们目前在升级回收过程中只需要不到塑料重量的 5%。就像历史上的许多基础性发现一样，一开始就存在实际障碍，但我们对未来的潜力感到非常兴奋。”

这项工作在 CSU 完成，并得到能源部 BOTTLE 联盟 和基础能源科学计划的支持。