廢棄塑料產(chǎn)生的“白色污染”是當今人類面臨的最為緊迫的環(huán)境問題之一。隨著科學技術的快速發(fā)展和環(huán)保意識的不斷增強，可降解的綠色功能材料成為社會發(fā)展的迫切需求，也是科學研究的前沿和重點。由內(nèi)酯單體開環(huán)聚合制備的脂肪族聚酯材料（例如聚乳酸PLA、聚己內(nèi)酯PCL、聚羥基脂肪酸PHA等）具有良好的生物相容性和生物降解性，且物理機械性能等可與石油基塑料相媲美，因此成為理想的替代材料。與此同時，為進一步滿足綠色循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的需求，廢棄聚酯材料的再利用問題也得到了廣泛關注。聚酯塑料作為可降解材料，雖然可以自然降解為二氧化碳和水，但通常需要一定的環(huán)境條件且耗時較長。通過高效催化解聚技術使廢棄聚酯轉化為有價值的化學品，從而實現(xiàn)真正意義上的綠色可降解材料循環(huán)利用，具有極為重要的研究價值與應用前景。
近日，青島能源所王慶剛研究員帶領的催化聚合與工程研究組成功發(fā)展了一種應用于內(nèi)酯可控聚合和聚酯高效解聚的催化體系（如圖1所示）。催化劑采用無毒且生物相容性好金屬鋅試劑，使得聚酯生產(chǎn)過程及產(chǎn)品更加綠色環(huán)保。在醇類引發(fā)劑的參與下，該催化聚合體系對包括丙交酯、己內(nèi)酯、戊內(nèi)酯等各種不同結構的內(nèi)酯單體均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化聚合活性，獲得結構及性能各異的聚酯材料。非常有趣的是，在研究聚酯材料的微觀結構過程中，發(fā)現(xiàn)了部分“鏈轉移”的聚酯產(chǎn)物，表明該催化劑同樣具有催化解聚的功能。通過改變反應條件，利用該催化劑在溫和條件下即可實現(xiàn)聚酯材料的高效解聚，獲得高附加值的有機小分子，從而實現(xiàn)廢棄聚合物的循環(huán)利用。該成果使用同一催化劑既能實現(xiàn)可控聚合獲得聚酯材料，也可以通過高效解聚實現(xiàn)廢棄聚酯材料到小分子化合物，從而實現(xiàn)真正的綠色循環(huán)過程，更好契合了可持續(xù)發(fā)展原則。
圖1 Zn(HMDS)2 催化環(huán)酯開環(huán)聚合以及聚酯可控解聚
該部分研究成果已經(jīng)申請國際PCT專利和中國發(fā)明專利，并近期以“Zn(HMDS)2 as a versatile transesterification catalyst for polyesters synthesis and degradation towards a circular materials economy approach (DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07595)” 為題發(fā)表在化學領域重要期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上，博士研究生楊茹琳為該論文第一作者，徐廣強副研究員與王慶剛研究員為該論文通訊作者。該工作獲得了國家自然科學基金、山東省人才工程基金、青島能源所“一三五”重點培育和兩所融合基金等項目的支持。
