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長春應(yīng)化所陶友華研究員課題組 Angew：橋環(huán)內(nèi)酰胺單體開環(huán)聚合制備可閉環(huán)循環(huán)尼龍
2024-04-22  來源：高分子科技

  尼龍是一種高性能熱塑性塑料，具有的優(yōu)良強度、韌性和耐磨性以及對各種溶劑和弱酸的耐受性，使其在各種應(yīng)用中不可或缺。全球尼龍市場在2022年的價值為313.3億美元，預(yù)計到2030年將增加到441.9億美元。然而，尼龍的耐久性和環(huán)境持久性為其傳統(tǒng)化學(xué)回收和自然生物降解過程帶來了巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致其在垃圾填埋場和環(huán)境中持續(xù)積累，造成了嚴重的環(huán)境危機。化學(xué)回收到單體(CRM)是建立循環(huán)塑料經(jīng)濟的關(guān)鍵戰(zhàn)略，自Eugene Y.-X. Chen開創(chuàng)性地報道γ-丁內(nèi)酯開環(huán)聚合生成完全可回收的聚(γ-丁內(nèi)酯)以來，許多環(huán)狀單體被設(shè)計用于開發(fā)具有閉環(huán)生命周期的化學(xué)可回收聚合物；然而，將消費后的尼龍廢物回收為內(nèi)酰胺的報道仍然非常有限。


圖1. 橋環(huán)內(nèi)酰胺單體開環(huán)聚合制備可閉環(huán)回收尼龍


  近期，中科院長春應(yīng)化所陶友華研究員等人提出橋環(huán)內(nèi)酰胺單體開環(huán)聚合可以制備可閉環(huán)循環(huán)的尼龍（圖1）。由δ-戊內(nèi)酰胺和吡咯烷酮衍生得到的橋聯(lián)雙環(huán)內(nèi)酰胺(5/6-LM)，可以實現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)尼龍的制備。5/6-LM的環(huán)張力要大于其母體五元環(huán)δ-戊內(nèi)酰胺的環(huán)張力，這使得5/6-LM可以在溫和的條件下開環(huán)聚合得到尼龍4/5；并且5/6-LM可以在室溫下通過簡單的一步氫化反應(yīng)制備，實驗室中該反應(yīng)規(guī)？提高到每批50克，并且反應(yīng)過程中用到的Pd/C催化劑和甲醇溶劑可以多次循環(huán)使用，而不影響5/6-LM的收率。所合成的尼龍4/5具有高的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性。而且，所得到的尼龍4/5可以閉環(huán)循環(huán)回其原始的5/6-LM單體并進行再聚合，實現(xiàn)了尼龍材料從單體到聚合物再到單體的全生命周期循環(huán)（圖2）。


 圖2. 尼龍4/5從單體到聚合物再到單體的全生命周期循環(huán)


  本論文的第一作者為呂文秀博士，陶友華研究員為文章的通訊作者，李茂盛博士為文章的共同通訊作者，長春應(yīng)化所為第一單位。陶友華團隊近年來在聚硫酯以及尼龍，這兩類材料的閉環(huán)循環(huán)領(lǐng)域取得系列進展，代表性工作分別發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3, 1877；Angew. Chem., Int. Ed., 2021, 60, 22547；Angew. Chem., Int. Ed., 2023, e202302898上。上述研究得到了國家科技部以及國家杰出青年科學(xué)基金的支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202402541

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（責任編輯：xu）
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