大子刊 Nature Chemistry丨能取代聚乙烯的新材料，可反复回炉再生！
摘要：随着全球塑料污染问题愈发严峻，开发可降解、可回收的新型材料成为化学和材料科学的焦点。本文综述了一项突破性研究：研究者基于植物油提取的长链二醇，借助地壳丰富的锰催化剂，成功合成出一类聚乙烯（PE）类材料，并首次实现了其高效的闭环化学回收。该体系材料不仅具备与传统高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）相似甚至更优的力学性能，而且能在不受常规染料、添加剂干扰的条件下实现多次高收率回收。研究从单体设计、催化聚合、材料性能调控，到闭环回收流程做了系统性探索，为构建可持续塑料循环经济奠定了坚实的化学基础。
EDITOR
编者按
本研究为塑料循环经济提供了一条真正可实现闭环化学回收的路径。从单体绿色合成、结构调控、性能评估到高效回收，每一步都体现出对“绿色、高性能、可持续”材料体系的深刻理解与实践。未来，若能进一步提升其高温性能、催化效率并实现产业化放大，将有望真正推动“无塑社会”的到来。该材料最大的亮点在于“闭环回收”与“绿色合成”并重，具备替代现有聚乙烯类材料的潜力。其不足之处主要在于软化点偏低，不适合高温环境使用，催化剂效率和成本虽优于贵金属，但仍需优化。
李 编 博士
图1 从生物基线性二醇和支链二醇聚合得到具有可调性能的PE类材料的催化闭环回收概述。
自上世纪中叶以来，聚烯烃类塑料（如HDPE、LLDPE）因其优异的物理性能与成本优势迅速占领全球市场，成为年产量最大的高分子材料。然而，其固有的化学惰性，使其极难自然降解或高效回收，造成严重的“白色污染”与微塑料问题。
现有回收方式如机械回收、裂解回收（如热解、蒸汽裂解）或高温催化裂解，不仅能耗大、选择性差，还可能产生新污染物。更先进的化学回收策略多依赖贵金属催化剂（如Ru、Rh等），制备工艺复杂、原料成本高，难以规模化应用。
因此，开发一种来源于可再生资源、结构接近聚乙烯、且能闭环化学回收的新型聚合物，是实现绿色塑料经济的关键。
— 1 —
研究亮点概述
在200°C以下实现高效脱氢聚合； 材料具有高度可调的力学性能，从热塑型到弹性体均可覆盖； 可在存在市售染料、添加剂、商用塑料杂质等条件下实现>95%的闭环化学回收； 可通过注塑加工实现材料形态和用途的多样性。
— 2 —
研究内容与分析
1. 单体设计与绿色合成
2. 替代Ru的锰催化体系
3. 材料结构与性能调控
通过调节线性单体M1与支链单体M3的比例，作者合成出一系列结晶度、弹性、粘附性差异显著的聚合物。部分关键性能如下：
热分解温度（Td5）达395°C，接近HDPE（431°C）；
拉伸强度与断裂伸长率优于商业PE材料；
Toughness高达180 MJ/m³，高于多数工程塑料；
即便添加紫外吸收剂、抗氧剂等添加物，也不影响其回收与力学性能。
图3 聚乙烯类材料的催化回收
4. 金属表面粘附性测试
受硫醚基团强金属亲和力启发，研究者对比不同支链结构下的金属表面附着强度，发现含硫支链（如PE-18-S6-20）对不锈钢、玻璃等材料表现出5.0 MPa的剪切强度，媲美市售强力胶J-B Kwik（5.0 MPa）。
5. 闭环回收流程验证
在温和氢气氛围（140°C, 40 bar）下，催化剂Mn-I可将聚合物完全转化为起始二醇单体，回收率>95%，即使在混合塑料废弃物中也能实现高选择性回收。
更重要的是，材料可多轮“聚合-回收-再聚合”循环，且回收后的材料力学性能无明显衰减，具备工业化可行性。
免责声明：本公众号旨在传播行业新闻和科研成果，促进塑料循环利用领域的交流，不用做任何商业用途。若涉及版权问题，请与我们联系，我们将及时进行修改或删除。
日版/周报/月刊，即刻订阅
✅ 周报：周日/周一发布，梳理一周大事，洞察趋势
2025年1月刊
2025年2月刊
本篇文章来源于微信公众号:废塑料新观察
推荐文章
-
第16次北美（美国、墨西哥） 塑料回收再生行业考察 开始报名了！！！ 随着塑料废弃物问题日益引起公众关注，物理与化学回收技术逐渐成为循环经济讨论的焦点。美国塑料公约（U.S. Plastics Pact）于2025年11月发布立场文件，明确表示支持在严格的管理框架下，将物理与化学回收作为塑料包装循环经济的补充性解决方案，而非替代减量、重复使用或机械回收的手段。 美国塑料公约（U.S. Plastics Pact）是一项旨在推动美国塑料包装可持续发展的行业倡议，于2020年正式启动，是艾伦·麦克阿瑟基金会全球塑料公约网络的重要组成部分 该文件表示，这些技术不应被神化为“万能解药”，也不应被全盘否定，而应基于科学与系统思维，负责任地整合到更广泛的废物管理体系中。以下内容摘自该立场文件，如需阅读立场文件原文，可识别二维码： — 1 —什么是物理回收与化学回收？根据国际标准化组织（ISO）正在制定的术语框架 ISO/CD 15270-1.3，回收技术可分为以下四类： 机械回收：传统方式，通过清洗、破碎、挤出等物理过程处理塑料，不改变聚合物结构。 物理... -
塑料可回收再生设计（Design for Recycling, DfR）作为推动循环经济的关键技术体系，在全球范围内已形成较为成熟的标准与实践路径。然而，中国在这一领域的发展尚处于初级阶段，专业研究人员稀缺，部分探索甚至陷入误区。 本文以双易设计（Double E Design）标准为例，结合国际主流体系（如APR、RecyClass等）进行对比，剖析其存在的根本性问题，并呼吁行业回归科学、透明的技术路径。个体陷入误区，仅仅是个体成长过程，但是作为标准编制的专业机构，拿自己错误的认知去影响行业，尤其是给中国刚刚还在发展期初的DfR体系，造成混乱和混淆，这个就不对了，这是本文发布的初衷。 以下从13个可回收再生设计关键维度对比双易与APR、RecyClass、CPRRA-DfR的差异，系统分析其内在技术缺陷与认知错误： 注：该领域过于细分，加上有意无意的混淆和模糊，非长期研究DfR的研究者很难发现其内在缺陷和错误。 由以上技术细节的对比分析，我们发现了3个被忽视的事实： — 1 — 宣称“国际对标”，实为自我否定 双易设计在宣传中存在显著的前后矛盾。...
-
随着全球塑料污染治理的加速发展，“以设计为导向”正成为塑料包装治理的主流趋势。欧盟已明确要求到 2030 年，所有上市包装必须具备“设计可回收”的能力。联合国塑料公约谈判也将“优化塑料产品设计”列为塑料污染的核心治理手段之一。在中国，“十四五” 塑料污染治理行动方案明确提出 “积极推行塑料制品绿色设计”，塑料包装相关设计标准的制定也在持续提速。— 1 —全球趋势：设计正在成为塑料包装管理的“硬规定”越来越多国家将“设计可回收”纳入法律体系。以欧盟为例，2024 年通过的《包装与包装废弃物法规》（PPWR）规定，到 2030 年，所有上市包装必须具备“设计可回收”能力；2035 年起，包装是否能在现实条件下实现“规模化回收”也将纳入强制评估。这一机制首次将设计与回收体系协同纳入监管框架。随着塑料污染治理和循环经济进程的加快，绿色设计正逐渐成为中国“双碳”战略与产业绿色转型的重要抓手。在中国国家标准体系优化过程中，绿色、低碳与资源高效利用被明确为核心方向。目前绿色产品标准体系以资源、能源、环境、产品品质与低碳五大维...
