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  柔性印刷電路板（FPCBs）的可彎曲和可折疊的特性使其成為柔性便攜式電子產品和可穿戴設備中的主要組件。隨著電子產品消耗量的持續增長，大量電子廢棄物隨之產生。若處理不當，廢棄FPCBs中的重金屬、電子元件和塑料基板將會對環境造成嚴重污染，并帶來資源浪費。針對上述問題的最佳方案是實現FPCBs的無害化處理，其中包括塑料基板的分解，金屬/電子元件的分離和回收，以及在不污染環境的情況下安全丟棄基板。傳統石油基塑料存在難以解聚溶解和自然降解的問題。因此，設計可循環利用與可降解的生物基塑料，使其在使役條件下展現較高的穩定性，并在非使役條件下（特定溶劑）有效分解，對于制備能夠無害化處理的高性能FPCBs至關重要。然而，目前還缺乏一種簡便、環保、可量產的方法來制造這類生物基塑料。

圖1 用于可無害化處理的FPCBs的高穩定性、可循環利用與可降解的可逆交聯水塑料。

  近期，吉林大學孫俊奇教授、李懿軒副教授團隊通過將甲基纖維素（MC）和單寧酸（TA）在水溶液中的復合，然后將得到的聚合物沉淀進行熱壓，制備出了高環境穩定性、可循環利用與可降解的可逆交聯水塑料（TA-MC），并用于制備高性能FPCBs（圖1和圖2a）。樹枝狀單寧酸可通過高密度氫鍵將甲基纖維素鏈段限制在原位形成的TA-MC納米限域相中（圖2b和2c）。一方面，TA-MC納米限域相具有致密、剛性和疏水性，可提升水塑性材料的力學性能與環境穩定性；另一方面，氫鍵交聯的納米限域相可在特定條件下動態解離，促進水塑料的解聚與降解。因此，由于動態納米限域相的存在，TA-MC水塑料在干燥狀態下的斷裂強度高達109.6 MPa，且在180 ℃下儲能模量可達2.85 GPa（圖3a和3b）。在室溫下浸泡入水中15天后，其具有40.4 MPa的斷裂強度，展現了優異的耐水性。即使在80 ℃熱水中，TA-MC水塑料的斷裂強度仍然可達34.2 MPa（圖3e）。源于氫鍵交聯網絡以及納米限域相的可逆性，TA-MC水塑料在吸水后，可以通過熱壓（80 ℃）的方式進行多次加工與循環利用（圖4）。由于TA-MC水塑料優異的力學性能和耐水性，由TA-MC基板和3D打印傳感元件組成的高性能FPCBs可作為電容式傳感器，用于水下探測（圖5）。該FPCBs展現了出色的靈敏度、可靠性和耐用性。更重要的是，通過將TA-MC基板溶解在無害的醫用酒精中，電子元件可以很容易地從FPCBs中分離出來（圖6）。同時，由于殘留的聚合物基板可以在土壤中降解成無毒物質，其可以安全地丟棄而造成環境污染。

  TA-MC水塑料的制造是基于一種在純水中簡單且可量產的溶液復合的方法，無需額外的添加劑。同時，TA-MC水塑料仍表現出優異的環境穩定性，優于最近報道的生物基塑料。通過設計構筑在可逆交聯聚合物材料使役條件下具有優異穩定性，同時在非使役條件下（特定溶劑、自然環境）具有高解離效率的動態限域結構，他們有效解決了材料穩定性和可循環利用/降解性之間的矛盾。相信該研究可以激發可回收和可降解的FPCBs的設計新思路，為某些特定應用場景，例如一次性或低成本傳感器和顯示器等提供可持續的解決方案。

圖2 TA-MC水塑料制備過程及動態納米限域結構示意圖。

圖3 TA-MC水塑料的力學性能與環境穩定性。

圖4 TA-MC水塑料可循環利用性與再加工性。

圖5 以TA-MC水塑料為基板的電容式傳感器應用

圖6 基于TA-MC水塑料的FPCBs的無害化處理。

  以上研究成果近期以“Recyclable methylcellulose-based reversibly cross-linked hydroplastics with excellent environmental stability for use in flexible printed circuit boards capable of safe disposal ”為題發表在最新一期《Carbohydrate Polymers》上，論文的第一作者是在讀博士研究生王志奇，通訊作者是吉林大學超分子結構與材料全國重點實驗室的李懿軒副教授。該研究得到了國家自然科學基金面上項目和吉林省自然科學基金面上項目的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123591