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四川大學(xué)李興亮博士/汪秀麗教授團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.：高性能可化學(xué)回收類聚烯烴生物基聚酯材料
2024-11-22  來源：高分子科技

  聚烯烴是生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的石油基塑料之一，應(yīng)用于日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。然而，其大量生產(chǎn)和使用，加上缺乏有效的回收處置方案，對(duì)全球資源和環(huán)境造成了重大挑戰(zhàn)。從可再生資源制備生物基高分子材料為緩解化石燃料的枯竭和環(huán)境污染提供了一個(gè)可持續(xù)方案。目前雖已開展多種生物基高分子材料的研究，但與聚烯烴等石油基塑料相比，現(xiàn)有生物基高分子材料的力學(xué)、耐熱和加工性能等仍不滿足實(shí)際應(yīng)用需求，且增強(qiáng)其綜合性能的同時(shí)往往會(huì)提升其循環(huán)回收難度，在平衡生物基高分子材料的高性能化與易回收性方面仍存在挑戰(zhàn)。因此，為促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備高性能可化學(xué)回收的類聚烯烴生物基聚酯材料。


  近期，四川大學(xué)汪秀麗教授團(tuán)隊(duì)提出了一種通過將不同剛性/柔性功能結(jié)構(gòu)整合到聚合物分子鏈中，制備高性能可化學(xué)回收的類聚烯烴生物基聚酯材料的新策略（圖1）。該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能（40.6 MPa，498.4%）、氣體阻隔性能（O2 0.09 barrer，H2O 1.70×10-13 g cm cm-2 s-1 Pa-1）、透明性和耐溶劑性能（圖2、圖3），優(yōu)于多數(shù)聚烯烴和類聚烯烴材料。在不添加額外有機(jī)溶劑的情況下，該材料可回收得到高產(chǎn)率（92.0%）和高純度（98.3%）的原始聚合單體。即使該材料與聚烯烴混合，也能實(shí)現(xiàn)化學(xué)回收分離。再聚合材料仍保持了優(yōu)異力學(xué)性能和熱性能（圖4）。同時(shí)，該材料還具有優(yōu)異生物相容性和加工性（熔融紡絲和3D打印等），可應(yīng)用于一次性制品和包裝材料等領(lǐng)域（圖5）。這項(xiàng)工作從生物基單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，制備了兼具高性能和可化學(xué)回收的類聚烯烴生物基聚酯材料，為設(shè)計(jì)開發(fā)綜合性能優(yōu)異的可持續(xù)類聚烯烴材料提供了新思路。


圖1.類聚烯烴生物基聚酯材料的設(shè)計(jì)、性能及應(yīng)用示意圖


圖2. 類聚烯烴生物基聚酯材料的力學(xué)性能、透明性和生物相容性


圖3. 類聚烯烴生物基聚酯材料的氣體阻隔性能和耐溶劑性


圖4. 類聚烯烴生物基聚酯材料的循環(huán)回收利用


圖5. 類聚烯烴生物基聚酯材料應(yīng)用與加工


  本工作以“High-Performance Chemically Recyclable Multifunctional Polyolefin-Like Biomass-Derived Polyester Materials”為題，發(fā)表在《Materials Horizons》上。論文第一作者為四川大學(xué)博士生李鄭明，通訊作者為四川大學(xué)李興亮博士與汪秀麗教授。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(22275131, 52103122, 52403014)的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/d4mh01203h

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