市售过氧化物键合不相容聚合物用于回收

如今，康奈尔大学的研究人员开发了一种低成本且具有潜在可扩展性的方法，利用市售过氧化物将聚合物结合在一起，从而创造出一种更有用、高质量的塑料回收添加剂。

该研究成果于5月19日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。共同第一作者是博士后研究员Moritz Kränzlein和博士生崔世林（Shilin Cui）。项目由文理学院化学与化学生物学系Tisch大学教授、论文资深作者Geoffrey Coates领导。

从某种意义上说，该项目本身就是一个回收产物。2017年，Coates的实验室曾与明尼苏达大学的合作者共同开发了一种多嵌段聚合物，能够结合聚乙烯和聚丙烯混合物。Coates认为，这种新材料虽是重要的科学成就，但难以扩大生产规模，且成本过高缺乏实用性。

"我们必须重新构思，思考什么样的材料可行、何种合成方法符合成本效益的维恩图，"他表示，"为何2017年没这么做？相信我，如果容易实现，别人早就完成了。"

开发新型聚烯烃增容剂的关键在于：寻找现有聚合物并通过适当加工达成目标，而非从头创造新材料。Kränzlein最初在实验室已有材料中进行实验，始终牢记几个关键参数。

"每次进展汇报时，Geoff的第一个问题总是'成本多少？'，始终存在一条我不可逾越的每磅价格红线，"Kränzlein说，"我们努力将此作为项目核心焦点，目标是寻找切实可行的现实方案，而非追求精巧复杂的解法。"

历经一年半、200余次实验后，研究人员选定了一种有机烷基过氧化物。加热时，该物质能有效剥离高密度聚乙烯（HDPE）和等规聚丙烯（iPP）的氢分子，使二者接枝结合形成共聚物材料。这种材料可加入HDPE与iPP混合物的机械回收流程，恢复其性能。

Kränzlein将这种共聚物比喻为"塑料肥皂"。

"当HDPE和iPP等大宗塑料混合时，相容性差导致相分离，使混合物性能表现糟糕，"他解释道，"该工艺添加的第三组分就像两相间的肥皂，促进聚合物间更好混溶，从而本质上恢复了混合物的物理性能。"

"我们耗费极长时间反复调试所有参数，"他说，"直至最终获得满意成果。"

为深入理解增容剂特性及接枝反应机制，研究人员邀请物理化学Frank and Robert Laughlin教授Brett Fors和博士生Jenny Hu对该材料进行了流变学表征研究。

"材料虽已成形，"Coates指出，"关键问题在于能否扩大产量？目前仅是克级规模，终极目标需达数十公斤级。我们确信其可扩展性，但实现过程仍需大量工作。"

Coates期待该增容剂能促成新型聚合物合金的诞生，融合不同废塑料的各自优势。无需建造造价数百万美元的大型工厂：只需取用现有聚合物并添加增容剂即可。

"就像不锈钢那样，你可以制造出性能优于单一纯聚合物的系列合金，"Coates表示（他近期已通过康奈尔Praxis风险开发中心创立了专注于增容剂技术的初创公司），"终极愿景是：若能制造出兼具高刚性高韧性的聚合物，就能用更少材料生产性能相当的包装制品——这是该技术的另一重大应用方向。"

合著者包括Brett Fors、Jenny Hu和研究助理Anne LaPointe。

研究获得Gerstner家族基金会支持，并由美国能源部通过埃姆斯国家实验室塑料协同升级循环研究所（能源前沿研究中心）提供额外资助。