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

作者: 废塑料新观察
发布于: 2025-03-24 09:21

摘要:商品聚合物在我国社会中普遍存在,由于其多用途的特性,已经取代了许多无机和金属基材料。然而,它们的功能在很大程度上依赖于添加各种被称为添加剂的成分,这使得有效地回收塑料材料中的聚合物部分具有挑战性。因此,为商品聚合物和添加剂开发高效的化学回收策略,以促进直接利用回收的单体和添加剂,而无需进一步的纯化。在这里,作者开发了一种策略,将两种废商品聚合物,聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)共同上循环成聚芳基酸酯,一种高性能透明工程塑料。通过结合高活性的无金属离子液体催化剂和可变温度控制的两阶段界面聚合技术,成功地从回收单体中的直接利用的活性塑料中制备了聚丙烯酸酯薄膜材料。这些材料具有优异的热性能(Tg = 192.8℃)

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


— 1 

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。

2  在温和条件下PC的催化水解


— 2 

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。

3  废PET和PC的催化甲醇解及回收的BPA单体分析

2.1.  高效无金属离子液体催化剂

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。

2.2.  两阶段界面聚合技术
传统方法需对回收单体进行高成本纯化以去除添加剂(如封端剂PTBP),而本研究创新性地开发了“变温控制两阶段聚合”技术:
  • 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

通过该方法制备的再生聚芳酯(r-PAR)展现出卓越性能:
  • 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,

以及r-PAR薄膜材料的透明度和阻燃性试验。

— 3 

环境与经济效益:低碳路径与高附加值

3.1.  生命周期评估(LCA)

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%)。

3.2.  经济可行性

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

扫描下方二维码,获取全文

《Upcycling waste commodity polymers into high-performance polyarylate materials with direct utilization of capping agent impurities》

(文章来源:Nature Communication点击阅读原文可查看原始文献)
免责声明:本公众号旨在传播行业新闻和科研成果,促进塑料循环利用领域的交流,不用做任何商业用途。若涉及版权问题,请与我们联系,我们将及时进行修改或删除。


19年资源与人脉积累,提供协会+媒体+商业对接服务!
扫描二维码,让我们成为您与行业资源的“连接器+放大器”,为您深度对接资源,和您一起打开塑料回收再生新世界。


老朋友请对接工作人员,新朋友请扫二维码



本篇文章来源于微信公众号:废塑料新观察
分享

推荐文章

  • 2025-04-25
    废塑料新观察
    编者按废旧纺织品回收,是资源循环的关键环节,也是环保的重要举措。Ambercycle先后与多家国内龙头企业的合作,推动了T2T闭环回收体系的规模化,为纺织行业带来了绿色变革,助力打造更低碳、更环保的供应链体系。董  编 材料学专业 回收再生编辑;超千篇文章,用文字展现行业“魔力”。欢迎提供行业新闻和动态,讨论专业问题4月22日,恒申集团和Ambercycle宣布达成战略合作协议。本次合作旨在用纺织品再生材料替代原生聚酯和尼龙,重塑合成材料生产方式——减少废弃物、降低碳排放,打造更低碳的供应链体系。 — 1 —双方合作内容根据协议,此次合作将聚焦T2T(Textile to Textile,即从纺织品到纺织品的闭环回收流程)闭环回收体系的规模化应用,建立全产业链创新解决方案,共同推动全球纺织价值链的转型升级。“恒申始终致力于通过将尖端回收技术融入生产流程,引领可持续材料的未来,”恒申集团副总裁梅震表示,“与Ambercycle的合作将加速纺织品再生材料的应用,减少行业对原生资源的依赖,推动实质性变革。” 身为全球聚合物与纱线生产领军企业,恒申集...
  • 2025-04-25
    废塑料新观察
    EDITOR编者按当前美国回收行业正面临“进口冲击”与“价格战”的双重夹击。以低价进口rPET为代表的趋势,虽然满足了部分企业对再生材料的短期需求,却有可能从根本上动摇美国本土回收产业链的长期稳定性。李 编  博士 高分子物理与化学专业 进入废塑料化学循环领域4年,专注PET、PE、UPR等化学回收 近日,美国塑料回收协会(Association of Plastic Recyclers, APR)发布公开声明,对近年来再生聚对苯二甲酸乙二酯(rPET)进口量激增所带来的压力表示严重关切。该协会代表着全美塑料回收行业,致力于推动国内回收体系的健康发展,并捍卫“循环经济”和“本土制造”的根基。 据APR数据,自2022年以来,美国rPET进口量在短短两年内激增逾65%,从15万吨增长至2024年的25万吨。其中,来自亚洲的进口比例更是从2020年的20%攀升至2024年的44%。这股进口浪潮正逐步侵蚀美国本土回收市场的稳定性与可持续性。 — 1 —再生塑料进口激增,美国回收体系面临冲击 APR指出,这一现象部分源于前任政府施行的普遍性关税及对等报复性关税中的一项...
  • 2025-04-25
    废塑料新观察
    编者按欧盟的生态设计工作计划为实现可持续产品市场奠定了坚实的基础,通过明确的目标、具体的要求、合理的实施范围和有效的保障措施,推动了产品从设计、生产到消费和废弃处理的全生命周期的可持续转型,为全球可持续发展贡献了积极力量。董  编 材料学专业 回收再生编辑;超千篇文章,用文字展现行业“魔力”。欢迎提供行业新闻和动态,讨论专业问题2025年4月16日,欧洲委员会发布了《可持续产品设计与能效标识2025 - 2030工作计划》,其中生态设计是该计划的核心内容之一,旨在通过一系列具体措施,推动欧盟市场产品向可持续方向转型。 — 1 —生态设计的背景与意义随着消费者对环保产品需求的增加以及全球对可持续发展的关注,欧盟认识到产品在其整个生命周期中对环境、能源和气候的重大影响。生态设计的提出正是为了减少这些影响,提升产品的循环性,从而使产品在其整个生命周期内更加环保。 此前,欧盟的生态设计指令主要聚焦于能源相关产品。而随着 2024 年 7 月 ESPR 法规的通过(推荐阅读:欧盟《可持续产品生态设计法规》,强调产品的可回收性),欧盟...
  • 联系电话:010-62665052
  • 联系邮箱:huyang@gjjy55.wecom.work
  • 返回顶部