解决塑料危机，中科院长春应化所Nat.Sustain.: 可化学回收循环的聚烯烃

塑料废物积累带来环境和资源问题，促使开发可化学回收塑料。设计可回收或降解且保持性能的聚烯烃材料对可持续发展关键。引入可反应和可裂解键是有效策略。研究者采用逐步增长缩合聚合法，从生物基原料中精确计量二酯和二醇 -C ₁₈ 单元的 A ₂ +B ₂ 缩聚，生产闭环、可回收的高密度聚乙烯类材料，但熔点较低。为提升性能，需引入更长的 –CH ₂ CH ₂ – 单元。

链增长聚合用于制备可降解聚烯烃，如乙烯与一氧化碳的非交替共聚可生成光降解的酮基聚乙烯。通过乙烯与丁二烯等共聚，或聚乙烯脱氢，可在主链上引入不饱和双键或机械响应性分子，从而合成可回收聚烯烃。 AB 型遥爪 PE 结构单元通过乙烯配位链转移聚合制备，并经缩聚生成闭环、可回收 PE 。开环复分解聚合（ ROMP ）和加氢是合成可回收聚烯烃材料的有效方法。

这些材料可解聚为 A ₂ 型遥爪大分子单体，再通过逐步聚合重新合成 HDPE 类材料。为简化 A ₂ +B ₂ 缩聚，采用钌催化脱氢聚合二羟基遥爪 PE 结构单元。此外， AB 型链转移剂参与 COE 的 ROMP ，生成具有平衡酯和羟基端基的遥爪 PE 结构单元，从而生产可回收的 HDPE 类材料。完全生物基环状烯烃的 ROMP 还用于制备可回收、低结晶聚烯烃热塑性弹性体。尽管上述研究推动了可回收聚烯烃的合成，但定制合成用于生产环状聚烯烃的关键 AB 型遥爪 PE 结构单元仍具挑战性。

中国科学院长春应用化学研究所简忠保研究员团队 展示了一种用于定制合成环状聚烯烃的环应变匹配概念。通过设计一种定义明确的 16 元不饱和内酯 (Ester-16) ，通过环辛烯 (COE) 与 Ester-16 共聚，然后进行彻底氢化，生产出一类可化学回收的高分子量高密度聚乙烯 (HDPE) 类材料，这些材料具有 HDPE 所需的本体特性。它们可以降解成明确定义且易于分离的大分子单体，特别是 AB 类遥爪 PE 。大分子单体的分子量可以根据需要精确定制，并且仅取决于 [COE]/[Ester-16] 的进料比。回收的大分子单体可轻松重新聚合成高分子量的 HDPE 类材料。这种大分子单体 - 聚合物 - 大分子单体生命周期（而非单体 - 聚合物 - 单体生命周期）可通过简便的分离工艺重复，且产量可观。

相关研究成果2025年3月11日以“ Tailored synthesis of circular polyolefins ”为题发表在 Nature Sustainability 上。

环张力匹配概念的提出 ：通过设计一种特定的 16 元不饱和内酯（ Ester-16 ），实现了环辛烯（ COE ）与 Ester-16 的共聚，随后通过完全氢化，制备出一系列可化学回收的、具有高分子量和高密度聚乙烯（ HDPE ）特性的材料。这种环张力匹配策略解决了传统方法中离子与电子传输之间的权衡问题，避免了多步复杂反应。

可降解的高分子量 HDPE 类似材料的合成 ：所合成的 HDPE 类似材料具有与传统 HDPE 相当的热力学和机械性能，同时具备可降解性。这些材料的分子量分布较窄，具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，且表面性能有所改善。

精确控制的分子量 ：通过调节 COE 与 Ester-16 的进料比，可以精确控制所得 PE