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观。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的一组研究人员设计了一种可回收塑料，它就像乐高玩具一样，可以在分子水平上拆卸成其组成部分，然后重新组装成不同的形状、质地、和颜色反复而不损失性能或质量。这种名为聚(双酮烯胺)或PDK的新材料发表在《自然化学》杂志上
首席作者、伯克利实验室分子铸造中心的博士后研究员彼得·克里斯滕森说:“我们发现了一种组装塑料的新方法，从分子的角度考虑了回收。”
克里斯滕森是伯克利实验室分子铸造实验室科学家布雷特·赫尔姆斯领导的多学科团队的一员。
所有的塑料，从水瓶到汽车零件，都是由大分子聚合物组成，大分子聚合物是由被称为单体的较短的含碳化合物组成的重复单元。
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。
在回收含有不同化学成分的混合塑料的过程中，很难预测它将继承原始塑料的哪些特性。
与传统塑料不同的是，PDK塑料的单体可以通过将材料浸泡在高酸性溶液中回收，并摆脱任何复合添加剂。(资料来源:彼得·克里斯滕森等/伯克利实验室)
这种未知的、因此不可预测的特性的继承是回收混合塑料消费垃圾的一个挑战。很难进行升级循环，制造出新的、更高质量的产品。
一次回收一个塑料单体
这段延时视频展示了一片PDK塑料在酸中降解为其分子组成单元——单体。这种酸有助于打破单体之间的键，将它们与赋予塑料外观和触感的化学添加剂分开。(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回收和再利用塑料，将塑料从垃圾填埋场和海洋中转移出来，这可能是通过PDKs形成的聚合物实现的。Helms说:“有了PDKs，传统塑料的不可变键被可逆键所取代，从而使塑料更有效地回收。”
与传统塑料不同的是，PDK塑料的单体可以通过将材料浸泡在高酸性溶液中回收，并摆脱任何复合添加剂。这种酸有助于打破单体之间的键，将它们与赋予塑料外观和触感的化学添加剂分开。
赫尔姆斯说:“我们感兴趣的是将塑料生命周期从线性转向循环的化学物质。”“我们看到了一个机会，在没有回收选择的地方做出改变。”这包括粘合剂、手机壳、表带、鞋子、电脑电缆，以及由热塑料制成的硬热固性塑料。
研究人员首次发现基于PDK的塑料的令人兴奋的循环特性，是在Christensen将各种酸应用于用于制造PDK粘合剂的玻璃器皿时，他们注意到粘合剂的成分发生了变化。Christensen想知道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。“让我们惊讶的是，它们原来就是单体，”赫尔姆斯说。
在分子铸造厂测试了各种配方后，他们证明了酸不仅可以将PDK聚合物分解成单体，而且该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升级塑料。
迈向塑料循环的未来
PDK塑料是一种“循环”材料，其原始单体可以回收再利用尽可能长的时间，或“升级循环”，以制造新的、更高质量的产品。(资料来源:彼得·克里斯滕森等/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:“我们正处于一个关键时刻，我们需要考虑现代化回收设施所需的基础设施，以便未来的垃圾分类和处理。”“如果这些设施被设计为回收或升级PDK和相关塑料，那么我们将能够更有效地将塑料从垃圾填埋场和海洋中转移。这是一个令人兴奋的时刻，开始考虑如何设计材料和回收设施，以实现循环塑料，”Helms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，应用于纺织、3D打印和泡沫等多种领域。此外，他们正在寻求通过结合植物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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