2月16日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉，該研究所王慶剛研究員帶領的催化聚合與工程研究組發展了一種聚合物降解再聚合的升級化學循環新策略，以“聚合物到聚合物”的方式成功實現了聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環再利用過程。成果近期發表在高分子領域權威期刊《大分子》(Macromolecules)上，該研究所博士研究生楊茹琳為論文第一作者。
王慶剛在接受科技日報記者采訪時表示，此次刊發的論文中文題目是采用“解聚再聚合”策略以“聚合物到聚合物”的方式對聚乳酸廢塑料進行化學回收。目前，“一種鋅催化劑催化聚乳酸材料回收再利用的方法”等部分科研成果已經申請發明專利。
破解廢棄聚乳酸材料的后處理問題
“聚乳酸作為典型可再生原料(淀粉)來源的高分子材料，正逐步發展成為社會所必需的基礎性大宗材料，廢棄聚乳酸材料的后處理問題也引起了關注。”王慶剛解釋說，近年來，隨著人們環保意識的不斷提高以及國家“禁塑令”與“雙碳”政策的不斷推動，可降解材料迎來了新的發展機遇。與此同時，使用完的聚乳酸材料的后處理問題也引起了人們關注。雖然聚乳酸可以在自然界中降解，但這一過程通常需要漫長的時間和特定的降解條件，而且降解產物是二氧化碳與水，無法實現直接快速循環利用，其降解本質上是一種碳排放過程，也是資源的浪費。化學循環的方式實現聚乳酸的回收利用，提供了廢棄聚乳酸后處理的一種有效解決途徑。目前的研究大多是將廢棄聚乳酸轉化為乳酸烷基酯，但是通過這一過程循環獲得高分子量聚乳酸材料，需要將乳酸烷基酯水解成乳酸、預聚成低聚物、二聚成丙交酯然后聚合獲得聚乳酸，這些方法雖然可行，但成本昂貴且效率低。
“因此，實現直接將廢棄聚乳酸材料轉化為新聚乳酸材料具有重要的研究價值和應用前景。”王慶剛說。
以“聚合物到聚合物”方式實現再利用
隨著禁塑在全國各地的全面實施，由可再生原料淀粉制造的聚乳酸材料及其加工生產的各種可降解塑料制品，已成為普通塑料的主要替代品，隨之而來的大量聚乳酸材料廢棄物的回收利用問題。
令人欣喜的是，王慶剛帶領的催化聚合與工程研究組以“聚合物到聚合物”的方式成功實現了聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環再利用過程。
如何采用“解聚再聚合”策略，通過以“聚合物到聚合物”的方式，實現對聚乳酸廢塑料進行化學回收?
王慶剛研究組的研究成果表明，在催化劑的催化下，聚乳酸聚合物鏈被醇可控降解為短鏈聚合物，通過調節醇的量來調控降解后短鏈聚合物的分子量。醇的引入使得聚合物重新獲得鏈增長活性，加入丙交酯單體后短鏈聚合物快速精確再聚合至理論分子量，從而獲得新的高分子量聚乳酸。該策略的反應條件溫和，副反應少，減少了完全重新生產聚乳酸的原料消耗，最大程度的提高了聚乳酸的回收再利用效率。
王慶剛表示，相對而言，現有技術大多是將聚乳酸廢棄物轉化為乳酸烷基酯，然后水解成乳酸，預聚成低聚物、二聚成丙交酯，最后聚合獲得聚乳酸，成本貴且效率低。因此，實現直接將廢棄聚乳酸材料轉化為新聚乳酸材料具有可觀的應用前景。
聚乳酸循環回收技術的關鍵是在再聚合過程中，通過加入不同類型單體可以獲得性質各異的最終材料。王慶剛介紹，該成果為聚乳酸循環利用提供了新的解決思路。該技術在化學循環回收方面有效，并在聚合物的改性和合成方面具有發展前景。
“該策略反應條件溫和，副反應少，減少了完全重新生產聚乳酸的原料消耗，提高了聚乳酸的回收再利用效率。在再聚合過程中，通過加入不同類型單體可以獲得性質各異的最終材料。該成果為聚乳酸循環提供了新的解決思路。該策略在化學回收方面有效，并在聚合物的改性和合成方面具有發展前景。”楊茹琳表示。
(記者王健高通訊員劉佳徐廣強)
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