四川大学张帆教授 Nat. Com.:直接利用塑料封端剂 - 将废弃商品聚合物升级再造为高性能聚芳酯材料
图1 废PET/PC常规和上循环路线示意图
a. 废PET和PC的化学回收的常规做法,包括溶剂溶解、纯化和再聚合
b. 本文的工作是关于直接利用PC和PET转化为r-PAR杂质
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引言:PC和PET的困境与回收难题
塑料是现代社会的基石,全球年产量超5亿吨,但回收率不足15%。大量废弃塑料通过填埋、焚烧或随意丢弃,不仅造成资源浪费,还释放有毒物质(如双酚A),威胁生态环境与人类健康。传统的机械回收方法效率低下,且难以处理含有添加剂的混合塑料。如何高效、环保地实现塑料循环利用,成为全球科学界亟需攻克的难题。
PC和PET是两类应用最广的商品塑料。PC广泛用于电子外壳、光盘,但其降解可能释放内分泌干扰物双酚A(BPA);PET常见于饮料瓶、纺织品,但机械回收会导致性能劣化。现有化学回收技术虽能将塑料解聚为单体,却面临添加剂干扰、高纯化成本的瓶颈。

图2 在温和条件下PC的催化水解
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技术突破:催化与聚合的双重创新
近日,四川大学张帆教授和张刚研究员团队合作,创新开发了一种废弃PC与PET的协同回收与升级转化为高性能透明工程塑料聚芳酯(PAR)的技术(图1),并直接利用回收单体中的杂质封端剂,实现“变废为宝”,相关研究成果发表在《自然·通讯》顶级学术期刊。

图3 废PET和PC的催化甲醇解及回收的BPA单体分析
研究团队设计了一种新型离子液体催化剂[TBDH]Ac,其通过协同作用激活甲醇和塑料中的羰基键,显著提升甲醇解效率。实验显示,该催化剂在100°C下4小时内即可将PC完全降解,单体回收率高达98%(BPA)和99%(DMT),且催化剂可循环使用5次以上,稳定性优异。
第一阶段(5–10°C):在低温下启动聚合反应,利用PTBP的低水溶性抑制其干扰。 第二阶段(15–18°C):升温使PTBP溶解,直接将其作为封端剂参与反应,既避免杂质影响,又提升材料性能。
2.3. 性能验证:媲美商业产品的再生材料
热稳定性:玻璃化转变温度(Tg)达192.8°C,初始热分解温度470°C,与商用PAR(U-100)相当。 透光率:薄膜透光率在400–450 nm波段达85%以上,适用于光学器件。 阻燃性:通过UL-94 V-0级测试,燃烧时间仅2.8秒,远超PC的V-1级。 可循环性:r-PAR可再次解聚并重新聚合,实现闭环回收。

图4 将废旧PC和PET共同升级为高性能特种工程塑料—聚芳酯

图5 实验室展示了大规模的废商业塑料和纤维进入r-PAR及其闭环循环,
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环境与经济效益:低碳路径与高附加值
与传统塑料管理方式相比,该技术使全球变暖潜势(GWP)降低26%,淡水生态毒性减少37%,并显著降低人体毒性风险(尤其BPA回收减少53%)。
以年产1万吨r-PAR计算,每吨产品附加值高达8049美元(约合人民币5.8万元),且产品性能对标商用U-100(市价1万美元/吨)。规模化生产可大幅降低催化剂和能源成本,抵御市场波动。
图6 共循环废物PE和PC的LCA和输入输出分析,以及PAR闭环循环的LCA
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《Upcycling waste commodity polymers into high-performance polyarylate materials with direct utilization of capping agent impurities》
本篇文章来源于微信公众号:废塑料新观察
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