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長春應(yīng)化所在可閉環(huán)回收塑料的研究中取得進(jìn)展

文章來源：高分子網(wǎng) 更新時間：2021-10-14 15:18:42

近年來，塑料的閉環(huán)回收的概念成為全世界高分子科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。該方法通過設(shè)計(jì)特定的單體合成高分子材料，再將其直接轉(zhuǎn)化為原單體，從而實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)和同級使用。8月13日，美國康奈爾大學(xué)高分子化學(xué)家Geoffrey W. Coates課題組在《科學(xué)》發(fā)文，以二氧戊環(huán)為單體實(shí)現(xiàn)了塑料的閉環(huán)回收。

近期，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員陶友華等人提出硫交酯單體可以作為一類新型的單體用于閉環(huán)回收塑料。相比于大家熟知的乙交酯、丙交酯等交酯單體，硫交酯單體在熱力學(xué)上更有利于成環(huán)，在動力學(xué)上更有利于開環(huán)聚合，從而成功將兩種看似矛盾的性質(zhì)結(jié)合到一種單體上，使硫交酯單體相較于乙交酯、丙交酯等交酯單體更容易合成、更容易聚合，也更容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回收。同時，來源于纈氨酸的異丙基硫交酯的開環(huán)聚合，所得聚合產(chǎn)物具有無規(guī)但是結(jié)晶的不同尋常特性。

硫交酯單體

經(jīng)典的高分子化學(xué)理論中，單體的成環(huán)能力和開環(huán)聚合活性是相互矛盾的。如用于合成聚乳酸的丙交酯單體具有較大的環(huán)張力，因此丙交酯單體開環(huán)聚合的活性較高，但丙交酯單體的規(guī)模化合成并不容易（直接環(huán)化的收率不到50%）。理想的用于閉環(huán)回收塑料的單體應(yīng)該具有低的環(huán)張力但高的開環(huán)聚合活性。陶友華團(tuán)隊(duì)在前期工作中，意外發(fā)現(xiàn)硫交酯單體的環(huán)張力小于乙交酯、丙交酯等交酯單體，又由于硫酯鍵具有動態(tài)共價(jià)鍵的特點(diǎn)，因此，他們猜測硫交酯單體是一種“理想單體”，更容易合成（直接環(huán)化的收率最高為91%）、動力學(xué)聚合活性高且容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回收。同時，所得聚硫酯的解聚過程具有很高的選擇性，高選擇性的解聚成外消旋硫交酯單體，只產(chǎn)生2%左右的內(nèi)消旋單體。這種高的解聚選擇性對于未來硫交酯單體的立體選擇性聚合具有重要意義。

來源于纈氨酸的異丙基硫交酯的聚合產(chǎn)物具有無規(guī)但是結(jié)晶的不同尋常的特性，熔點(diǎn)為115攝氏度，可以注塑成啞鈴型樣條，拉伸強(qiáng)度可達(dá)21Mpa（圖2）。綜上，硫交酯單體的原料來源廣泛、容易合成、動力學(xué)聚合活性高、容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回收、聚合產(chǎn)物具有無規(guī)但是結(jié)晶的不同尋常的特性，未來有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備和應(yīng)用。

上述成果已在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202109767)發(fā)表。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和吉林省科技廳的支持。

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