摘要：开发绿色、有效的商品聚合物（包括PET和PC）回收技术已成为研究热点。但不可忽视的是，报废塑料中普遍存在各种添加剂。这些化合物（包括软化剂、抗氧化剂、着色剂、阻燃剂和封端剂）不仅影响解聚反应效率，更会污染再生单体产物，导致材料循环受阻。当前研究多聚焦纯树脂高分
开发绿色、有效的商品聚合物（包括PET和PC）回收技术已成为研究热点。但不可忽视的是，报废塑料中普遍存在各种添加剂。这些化合物（包括软化剂、抗氧化剂、着色剂、阻燃剂和封端剂）不仅影响解聚反应效率，更会污染再生单体产物，导致材料循环受阻。当前研究多聚焦纯树脂高分子降解，往往忽视添加剂转化难题。因此，开发直接利用回收的单体和添加剂的化学回收策略具有重要意义。
近期，四川大学化学学院张帆教授和分析测试中心张刚研究员团队提出了一种创新策略。该策略利用无金属醇解和两阶段可控变温界面聚合技术，首次将废弃的PC与PET的协同回收与升级转化，成功制备出高性能透明工程塑料聚芳酯（PAR）。该研究成果以“Upcycling waste commodity polymers into high-performance polyarylate materials with direct utilization of capping agent impurities”为题，发表于《Nat. Commun.》期刊。
图1 废PET/PC的常规和升级回收路线示意图。
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技术，成功制备出高性能透明工程塑料聚芳酯（PAR）。研究首先采用[TBDH]Ac离子液体催化剂体系，在相对温和条件下通过甲醇解反应，将各类废旧PC塑料和PET塑料/织物转化为纯度98%的双酚A（BPA）和99%的对苯二甲酸二甲酯（DMT）。值得注意的是，从各种废PC材料中回收的BPA（r-BPA）中发现了对叔丁基苯酚（PTBP）作为封端剂（图2b和图2c）。
图2 废PET和PC的催化甲醇解及回收的BPA单体分析。
与传统的通过额外纯化工艺来制备高纯度单体以进行再聚合的方法不同，该工作设计了一种两阶段界面聚合技术（第一步聚合温度：5-10 °C，第二步封端反应温度：15-18 °C），使PC和PET共升级转化为再生聚芳酯（r-PAR），而无需对回收的BPA单体进行额外的纯化（图3b），最大程度地减少了残留杂质对再聚合的不利影响。首先使用DSC和TGA表征对r-PAR，PC和U-100的热性能进行了比较（图3e）。所得r-PAR和U-100的Tg均在193°C左右，比PC高约49°C。从TGA曲线可以看出，r-PAR的初始热降解温度也接近U-100（Td=470°C），表明从废弃PET和PC制备的r-PAR表现出与商业产品类似的热稳定性。为了评估所得材料r-PAR的熔体加工性能，使用流变仪测试了复合粘度。（图3f）。在280°C至320°C的温度下，r-PAR的复粘度范围为8200至2800 Pas，随温度升高呈下降趋势。这表明，与U-100相比，来自废弃PC和PET的所得r-PAR在较低温度下具有更好的熔体流动性，在310–320 °C下具有类似的熔体流动能力。这种特性对塑料的后续成型加工过程非常有利。图3 将废旧PC和PET共同升级为高性能特种工程塑料—聚芳酯。
该回收技术支持规模放大，可用于制备具有优异透明度、柔韧性、透光性和阻燃性的PAR薄膜材料（图4）。生命周期评估证实，新工艺相对于目前传统的废弃高分子处理方法，可显著降低全球升温潜能值（至少降低26%）以及淡水生态毒性和人体毒性方面的环境影响。这项研究极大简化了废弃PET和PC的化学循环和升级回收过程，从而降低了能耗并实现了利用废弃商品聚合物大规模工业化生产高性能特种工程塑料。
图4 将废弃商业塑料和纤维大规模升级转化为r-PAR，以及r-PAR薄膜材料的透明度和阻燃性测试。
四川大学化学学院张帆教授和分析测试中心张刚研究员为本文共同通讯作者，博士研究生李成和严光明博士为论文的共同第一作者。特别感谢化学学院王玉忠院士对课题的指导和帮助，感谢国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省科技厅、和四川大学的经费支持，同时感谢我校分析测试中心和我院测试平台在材料表征方面的大力支持。
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来源：高分子科学前沿