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2月28日，從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所傳出消息，該所王慶剛研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊采用了一種聚合物降解再聚合的升級化學(xué)循環(huán)新策略，以“聚合物到聚合物”的方式成功實現(xiàn)了聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環(huán)再利用。
王慶剛介紹，新聚乳酸材料是在原有聚乳酸的基礎(chǔ)上合成的，研究團(tuán)隊利用降解再聚合實現(xiàn)廢棄聚乳酸100%的回收利用，為廢棄聚乳酸后處理提供了一種有效解決途徑。
聚乳酸作為典型的可再生原料(淀粉)來源的高分子材料，正逐步發(fā)展成為社會所必需的基礎(chǔ)性大宗材料，廢棄聚乳酸材料的后處理問題也引起了關(guān)注。雖然聚乳酸可在自然界中降解，但這一過程通常需要漫長的時間和特定的降解條件，而且降解產(chǎn)物是二氧化碳與水，無法實現(xiàn)直接快速循環(huán)利用，其降解本質(zhì)是一種碳排放過程，也是資源的浪費(fèi)。
“此前的研究大多是將廢棄聚乳酸轉(zhuǎn)化為乳酸烷基酯，但是通過這一過程獲得高相對分子質(zhì)量聚乳酸材料，需要將乳酸烷基酯水解成乳酸、預(yù)聚成低聚物、二聚成丙交酯，然后聚合獲得聚乳酸。這些方法雖然可行，但成本昂貴且效率低。”王慶剛分析，尋求一種將廢棄聚乳酸材料直接轉(zhuǎn)化為新聚乳酸材料的方法，具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。
為此，研究團(tuán)隊在前期研究基礎(chǔ)上，制備出催化效果最佳的金屬鋅催化劑。該催化劑是以鋅和六甲基二硅氧烷為原料制備而成的雙(六甲基二硅氧烷)鋅即Zn(HMDS)?。
研究表明，金屬鋅催化劑在降解再聚合過程中起決定性作用。在以Zn(HMDS)?催化的降解再聚合過程中，聚乳酸聚合物鏈被醇可控降解為短鏈聚合物，通過調(diào)節(jié)醇的量可以調(diào)控降解后短鏈聚合物的相對分子質(zhì)量;醇的引入使得聚合物重新獲得鏈增長活性，再聚合過程加入不同當(dāng)量的丙交酯可以精確控制所得新聚乳酸的相對分子質(zhì)量。
該研究團(tuán)隊成員楊茹琳表示，這項技術(shù)的關(guān)鍵是：降解過程聚乳酸能否被可控降解至理論鏈長的短鏈聚合物，以及再聚合過程短鏈聚合物能否快速精確再聚合至目標(biāo)相對分子質(zhì)量，以此獲得性質(zhì)各異的最終材料。此外，該策略的反應(yīng)條件溫和、副反應(yīng)少，減少了完全重新生產(chǎn)聚乳酸的原料消耗，最大程度地提高了聚乳酸的回收再利用效率。
王慶剛表示，該降解再聚合策略不僅促進(jìn)了聚合物回收領(lǐng)域的發(fā)展，同時在聚合物改性以及新型結(jié)構(gòu)聚合物合成領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。下一步，該團(tuán)隊將進(jìn)一步研究拓展該策略的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)更加高效的聚合物回收策略。
