变宝网03月05日讯
塑料，由于本钱低、采用便捷、轻易加工制造、质轻、物理化学性质稳定、类型繁多等优势，已经成为了大家生活中必不可少的材料，从超市购物到医疗制品再到航空航天，它们的身影几乎无处不在。不过，塑料商品大部分都是使用年限极短的一次性用品，这造成了塑料垃圾的大产生。现在，全球每产生塑料垃圾2.75亿，预计到2050这一数将超越5亿。绝大部分塑料的收购本钱高并且很难在短期内降解，只有不到10%的塑料被收购循环采用，如此累积，愈来愈多的塑料垃圾给环境生态带来了很大重压。
当今的塑料制品循环再借助工艺，大多是包括清洗、破碎、重熔等步骤的物理再加工过程，能覆盖的塑料类型有限，而且再加工过程往往随着着塑料的品质减少。而聚乳酸等生物可降解塑料，也仅仅是“生物可降解”，降解产物很难收购再用于生产塑料制品。来自美国科罗拉多州立大学的研究团队设想，能否通过单体设计和反应条件选择，让塑料在轻易达成的特定条件降低解成最初的单体原料再加以收购借助呢？
2015底，该团队在《自然 化学》上发表了令人惊喜的研究成就——真正化学意义上“可收购”的生物塑料。采用生物质衍生化合物γ-丁内酯（GBL）为单体，在镧金属催化剂存在和低温条件下达成单体的开环聚合，得到了线形与环状两种聚合产物，最高实际转化的比例高达90%。更要紧的是，这种聚合物可以在加热条件降低解为GBL单体，达成降解循环借助。随后，他们还采用强有机碱为催化剂，同样完成了GBL的低温开环聚合，聚合物也一样可以热解为原始单体。
不过，这些生物塑料也存在肯定问题，譬如聚合反应需要低温环境，这限制了它的工业应用潜力；还譬如所得聚合物耐热性一般、分子较低、相对较软，各种性能尚没办法与商用塑料材料相媲美。2018，研究团队报道了最近进展，他们设计了一种在α和β位具有反式环稠合的γ-丁内酯衍生物作为单体，采用极少的催化剂，可在室温、无溶剂条件下高效地发生聚合反应。生成的高分子聚合物具有良好的热稳定性和结晶性，并且同样可以热解或化学法降解为原始单体，如此聚合-降解过程还可反复多次。研究结果发表了在《科学》杂志上。
“升级版”的单体是一种基于γ-丁内酯的3,4-反式六环稠合衍生物（M1）。在镧系配合物催化下，该单体分子在室温下即可完成开环聚合反应。镧配合物催化剂具有非常不错的催化选择性和活性，用仅为0.1~0.2%，即可达成大于80%的实际转化的比例。由于聚合过程中，一旦达到肯定的链长，环状聚合物的分子就受到环化倾向的限制。研究者又开发了钇配合物Y1和锌配合物Zn1催化剂，用于制备高分子线性聚合物。Y1催化剂用50 ppm时，室温下可获得80%-91%的实际转化的比例，聚合物的平均分子为1.11×106 g/mol。相比于镧和钇，锌的含更为丰富，对环境也愈加友好。锌配合物Zn1做催化剂时，0.02 mol%催化剂用在室温下3小时可以获得82%的实际转化的比例，聚合物的平均分子为307 kg/mol，分子分布极窄。
消耗，研究者还发目前120 ℃条件下，采用催化的ZnCl2盐也可以达成所得线性和环状聚合物的化学分解，得到高纯度的单体。为了证实“单体-聚合物-单体”的循环可以多次进行，研究者采用将聚合物高效率化学分解之后得到的单体（分离收率达97%），没有纯化直接进行Zn1催化的聚合反应，再一次以高实际转化的比例（85%）得到了高质的聚合物。循环进行了三次，每次的单体收购率都非常不错（分离收率达96%-97%），第三聚合的实际转化的比例以及聚合物产物的质都没有明显的降低。
将单体M1的不一样对映体分别聚合，可得到具有不一样手性的聚合物。将它们1:1进行共混，可以得到具有高结晶性的立构复合材料。这种结晶性聚合物的主要热性质和力学性能与典型的结晶性聚（L-乳酸）材料相当，譬如熔点186 ℃、极限抗拉强度54.7±4 MPa、杨氏模2.72±0.25 GPa、断裂成长率6.5±1.2%。
不过，研究职员也强调，这种新型聚合物现在还仅仅处于学术研究阶段，只是在实验室规模上得到了验证。而健全这种单体和聚合物的生产工艺，并最后商业化，还有大量工作要做。但无论怎么样，这项研究还是为朝着真正解决塑料污染问题又迈进了坚实的一步。
