王玉忠院士團(tuán)隊：聚乳酸一鍋法回收法
2024-07-19
王玉忠院士團(tuán)隊提出一種無溶劑、低催化劑添加量的一鍋法回收方法，將PLA及其廢棄一次性塑料制品回收為高性能PLA基聚氨酯。
由于傳統(tǒng)高分子材料帶來的環(huán)境污染和資源短缺等問題的日益嚴(yán)峻，以聚乳酸（PLA）為代表的生物基高分子材料，近年來受到了高度關(guān)注。PLA可以通過解聚回到環(huán)狀單體丙交酯，形成“聚合物-單體-聚合物”的閉環(huán)循環(huán)，但通過適合工業(yè)化的簡單綠色策略將PLA回收成高性能聚合物非常有吸引力，可實現(xiàn)PLA的升級回收，進(jìn)而提升回收工藝的性價比。
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圖1、聚乳酸回收路線對比
四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊在生物基與生物降解高分子材料方面已開展了三十多年的研究工作，在國際上率先提出了一次性使用高分子材料制品應(yīng)發(fā)展可反復(fù)化學(xué)循環(huán)的生物降解高分子材料這一理念。
最近，他們提出了一種無溶劑、低催化劑添加量的一鍋法回收方法，能夠高效地將PLA及其廢棄一次性塑料制品回收為性能更優(yōu)的聚合物，即PLA基聚氨酯（PLA-PU）。該回收路線包括醇解PLA為鏈兩端含羥基的PLA低聚物，以及隨后在不需純化分離而直接進(jìn)行的擴(kuò)鏈反應(yīng)。采用1H NMR、XPS和MALDI-TOF MS等研究了PLA的醇解反應(yīng)，并對回收產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的表征。由于氨酯鍵和二醇鏈段的引入，PLA-PU具有優(yōu)于PLA的力學(xué)性能，并且可以通過注塑、熔融紡絲和 3D 打印進(jìn)行加工。
該方法同樣可以應(yīng)用于消費后的吸管、杯蓋、勺子和塑料杯等PLA基一次性塑料制品的回收。此外，PLA-PU可以在真空條件下直接解聚成單體L-丙交酯，并具有較高的產(chǎn)率，展示了其優(yōu)異的可解聚回收性。
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該工作以“Solvent-Free One-Pot Recycling of Polylactide to Usable Polymer and Its Closed-Loop Recycle”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。
圖2、醇解過程及醇解產(chǎn)物表征
圖3、PLA-PU化學(xué)結(jié)構(gòu)表征及熱性能測試
圖4、PLA-PU力學(xué)性能、PLA基一次性塑料制品的回收以及PLA-PU的解聚回收
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