浙江
给不同聚合物安上相同动态交联键，破解塑料回收重大难题！实现极性差异性聚合物均匀混合！
塑料的回收利用一直以来是解决塑料污染的关键方案，对全球的环境、能源和气候都有很大影响。为解决这一问题，许多创新的闭环或开环可回收塑料已经被相继报道，以解决实现钟循环经济所具有的各方面问题。但是在实际情况里，塑料的回收利用往往不是仅涉及单一塑料的降解回收利用，回收站所回收的塑料一般是多种塑料的混合。因此如果采用可闭环降解回收的塑料需要对回收单体进行提纯处理才能利用，而这增加了塑料回收的成本。但是如果将不用塑料混合回收在加工，对于极性/和极性聚合物混合物，通常是不相容的，并且相分离，导致材料的性能大大降低，这是塑料回收领域的重大难题！
近期，科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen团队和哥伦比亚大学Sanat K. Kumar，Tomislav Rovis合作联合发表了一篇关于不混融聚合物的通用混合方案，该方案可以应用于大多数聚合物，使得回收站的混合塑料可以实现快速混合回收并在加工利用。即将动态交联剂安装到几类混合后不相容的聚合物上，实现混合聚合物链之间的键合。该方案为塑料的快速低成本回收提供了有前景的回收策略，为塑料的回收利用打开了新的思路。该工作以题为“Dynamic crosslinking compatibilizes immiscible mixed plastics”的文章发表于Nature上。
相关成果：
策略设计分析
该策略起源于利用玻璃纤维增强聚酰亚胺材料的工作，即通过添加动态和柔性交联剂用来增加聚合物在玻璃纤维表面的附着力，可逆地将聚酰亚胺交联到玻璃纤维上，可以产生一种动态热固性的增强聚合物，在保持性能的同时可以反复进行再加工。这是就是通过共价交联将两种性质不同的物质连接起来，实现无机物和有机物的良好结合。因此如果将不相容的聚合物实现在分子层面的动态连接，就可以打破相似相溶的理论固有认知，实现极性不同的聚合物分子在分子层面混合。
该策略的关键在于实现在不同聚合物链上安上同一种动态交联键。而在聚合链上比较共通的基团就是碳氢键，因此该策略成功与否的关键在于交联基团于C-H键的反应。2019年，Lepage等人在Science上报道了一种基于对称分子双（重氮）前体，经热或光活化后，产生高活性的双（碳烯）物种，通过碳烯的链间双C-H插入，似乎可以交联任何带有C-H键的聚合物。该交联剂被称为通用静态（永久）交联剂（USCs）。因此，通过给不同聚合物按上动态交联键的策略可以利用这一反应得以变为现实。
单面动态交联剂（UDCs）实现不相容聚合物融合的应用展示
在本文中主要以非极性聚烯烃和极性聚酯为代表，通过动态形成接枝多嵌段共聚物使其相容。本文选择了普通的生物基聚酯 (PLLA)和聚(3-羟基丁酸)与LMWPE和LDPE进行混合试验。通过扫描电子显微镜（SEM）跟踪的分相平均的直径大小，用于衡量UDC相容性功效的指标。不相容的LMWPE-PLLA和LMWPE-P3HB混合的异质薄膜（显示出大的聚乙烯-聚酯域界面，大液滴的平均直径分别为29µm（PLLA）和32µm（P3HB）。在使用USC策略交后，明显改善了表面的均匀性，以至于没有观察到分相的形成，表明已经形成了完全相容的混合物，证明了该策略的可靠性。更多的研究细节可以参照文献。
小结：总的来说，该工作设计了一种UDCs交联剂，能够提高一系列混合塑料的性能、混合相容性和可再加工性。该交联剂的作用在于以下两种因素的协同作用，多异质多接枝介质的形成和动态键交换促进混合。在动态交联混合的情况下，利用快速的交联重排是的两个异质分子之间的界面张力降低，导致基体相容性。这些动态连接物在加工（混合）条件下的流动能力将是实现A和B的平衡链间连接，从而稳定二元混合物的关键。这里介绍的UDC卡宾C-H插入和动态交联诱导的相容性原理的普遍性。因此，这种UDC相容性策略被证明是一种实用的手段，可以实现聚合物的快速低成本的回收再利用。
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来源：高分子科学前沿
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