塑料含有各种添加剂，如填料、阻燃剂或颜料。因此，很少有塑料可以回收而不损失性能或美学。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一组研究人员设计了一种可回收塑料，就像乐高玩具一样，可以在分子水平上分解成其组成部分，然后重新组装成不同的形状、纹理，并一次又一次地着色而不损失性能或质量。这种新材料叫做聚二酮烯胺，简称PDK，发表在《自然化学》杂志上
该研究的第一作者彼得·克里斯滕森是伯克利实验室分子铸造实验室的博士后研究员，他说:“我们已经发现了一种从分子角度考虑回收塑料的新方法。”
克里斯滕森是一个多学科团队的成员，该团队由伯克利实验室分子Foundry的科学家布雷特·赫尔姆斯领导。
所有的塑料，从水瓶到汽车零件，都是由称为聚合物的大分子组成的，而聚合物是由称为单体的短碳化合物的重复单元组成的。
据研究人员介绍,许多塑料的问题是化学物质添加到使他们有用,如填料使塑料艰难,或可塑剂,使塑料灵活——紧密地绑定到单体,之后留在塑料回收工厂被处理。
在回收不同化学成分的混合塑料时，很难预测它将继承原始塑料的哪些特性。
与传统塑料不同，PDK塑料的单体可以被回收，而且不需要任何复合添加剂，只需将材料浸泡在高酸性溶液中即可。(资料来源:彼得·克里斯滕森等人/伯克利实验室)
这种未知的、因此不可预测的属性的继承是回收混合塑料消费垃圾的一个挑战。很难进行升级改造，生产出新的、更高质量的产品。
一次回收一个单体的塑料
这段延时视频显示了一块PDK塑料在酸中降解为其分子结构块——单体。酸有助于打破单体之间的键，将它们从化学添加剂中分离出来，化学添加剂使塑料具有外观和触感。(资料来源:彼得·克里斯滕森/伯克利实验室)
研究人员希望通过鼓励塑料的回收和再利用，将塑料从垃圾填埋场和海洋中转移出来，这可以通过PDKs形成的聚合物实现。赫尔姆斯说:“有了pdk，传统塑料的不可变键被可逆键取代，可以更有效地回收塑料。”
与传统塑料不同，PDK塑料的单体可以被回收，而且不需要任何复合添加剂，只需将材料浸泡在高酸性溶液中即可。酸有助于打破单体之间的键，将它们从化学添加剂中分离出来，化学添加剂使塑料具有外观和触感。
赫尔姆斯说:“我们感兴趣的是将塑料的生命周期从线性转变为圆形的化学过程。”“我们看到了一个机会，可以在没有回收选择的地方发挥作用。”这包括粘合剂、手机壳、手表带、鞋子、电脑电缆和由热塑料材料制成的硬热固性材料。
研究人员首次发现PDK塑料的令人兴奋的圆形特性是在Christensen将各种酸应用到用于制造PDK粘合剂的玻璃器皿上时，并注意到粘合剂的成分发生了变化。克里斯滕森好奇粘合剂是如何转化的，于是用核磁共振波谱仪分析了样品的分子结构。“令我们惊讶的是，它们竟然是原始单体，”赫尔姆斯说。
在分子铸造厂测试了各种配方后，他们证明，酸不仅可以将PDK聚合物分解成单体，而且这个过程还可以将单体从缠绕的添加剂中分离出来。
接下来,他们证明了恢复此后单体可以重塑成聚合物,这些回收聚合物可以形成新型塑料材料没有继承原始材料的颜色或其他特性——这破碎的黑色表带你扔在垃圾桶里找到新生活作为一个电脑键盘此后如果是用塑料。他们还可以通过增加灵活性等额外功能来对塑料进行回收。
朝着循环塑料的未来前进
PDK塑料是一种“循环”材料，其原始单体可以尽可能长时间地回收再利用，或“升级回收”以制造新的、更高质量的产品。(资料来源:彼得·克里斯滕森等人/伯克利实验室)
研究人员认为，他们的新型可回收塑料可以很好地替代目前使用的许多不可回收塑料。
赫尔姆斯说:“我们正处在一个关键时刻，我们需要考虑为未来的垃圾分类和处理而现代化回收设施所需的基础设施。”“如果这些设施的设计初衷是回收或升级回收PDK和相关塑料，那么我们就能更有效地将塑料从垃圾填埋场和海洋中转移出来。这是一个激动人心的时刻，开始思考如何设计材料和回收设施，使圆形塑料成为可能，”赫尔姆斯说。
研究人员下一步计划开发具有广泛热性能和机械性能的PDK塑料，用于纺织、3D打印和泡沫等多种应用。此外，他们正在寻求通过加入植物基材料和其他可持续资源来扩大配方。
来源:劳伦斯加州大学伯克利分校实验室
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