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

  聚烯烴是生產和應用最廣泛的石油基塑料之一,應用于日常生活的各個領域。然而,其大量生產和使用,加上缺乏有效的回收處置方案,對全球資源和環境造成了重大挑戰。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境污染提供了一個可持續方案。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,現有生物基高分子材料的力學、耐熱和加工性能等仍不滿足實際應用需求,且增強其綜合性能的同時往往會提升其循環回收難度,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。因此,為促進社會的可持續發展,迫切需要通過分子結構設計制備高性能可化學回收的類聚烯烴生物基聚酯材料。


  近期,四川大學汪秀麗教授團隊提出了一種通過將不同剛性/柔性功能結構整合到聚合物分子鏈中,制備高性能可化學回收的類聚烯烴生物基聚酯材料的新策略(圖1)。該材料表現出優異的力學性能(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),優于多數聚烯烴和類聚烯烴材料。在不添加額外有機溶劑的情況下,該材料可回收得到高產率(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,也能實現化學回收分離。再聚合材料仍保持了優異力學性能和熱性能(圖4)。同時,該材料還具有優異生物相容性和加工性(熔融紡絲和3D打印等),可應用于一次性制品和包裝材料等領域(圖5)。這項工作從生物基單體的化學結構設計出發,制備了兼具高性能和可化學回收的類聚烯烴生物基聚酯材料,為設計開發綜合性能優異的可持續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計、性能及應用示意圖


圖2. 類聚烯烴生物基聚酯材料的力學性能、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回收利用


5. 類聚烯烴生物基聚酯材料應用與加工


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


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

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