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

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

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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。

图2  在温和条件下PC的催化水解

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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。

图3  废PET和PC的催化甲醇解及回收的BPA单体分析

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。

• 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

• 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，

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环境与经济效益：低碳路径与高附加值

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%）。

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

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