王玉忠院士團(tuán)隊(duì)：聚乳酸一鍋法回收法
2024-07-19
王玉忠院士團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)PLA的升級回收，進(jìn)而提升回收工藝的性價(jià)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(duì)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(fèi)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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