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。

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。

信息咨询，老朋友请联系工作人员，新朋友请扫码咨询

废塑料新观察｜解锁深度价值

日版/周报/月刊，即刻订阅

✅ 日版：早6/8点推送，快速掌握行业动态

✅ 周报：周日/周一发布，梳理一周大事，洞察趋势

✅ 月刊：1期/月深度专题，打造行业前瞻智库

2025年1月刊

2025年2月刊