平凡原料鑄就非凡分子：或將開啟環保塑料新紀元
鐵催化[2 2]丁二烯低聚反應生成的（1,n』-二乙烯基）低聚環丁烷，是一種可化學回收的新型聚合物。
隨著橡膠和塑料垃圾與日俱增，科學家們越來越迫切地希望通過閉環回收來減少資源浪費。《自然·化學》雜誌當地時間1月25日發文稱，美國普林斯頓大學的研究人員利用製造輪胎和鞋子等普通商品的傳統材料，發現了一種新的聚丁二烯分子，這種分子或可推動上述回收過程。
來自普林斯頓大學Paul J. Chirk實驗室的研究團隊發現，這種名為（1,n』-二乙烯基）低聚環丁烷的分子以重複的正方形序列鏈接，而這種此前從未實現的微結構使其得以在特定條件下發生解聚，變回原始單體，重複使用。
這次研究為解聚這一「不實用」化學轉化過程提供了概念性先例。
過去，解聚過程不僅成本高、步驟複雜，還只能通過特殊的聚合物完成。如新研究一般，通過丁二烯這種常見的原材料完成解聚前所未有。丁二烯是化石燃料開發的主要副產品，儲量豐富，常用於製造合成材料和塑料製品。
論文作者、埃克森美孚化學公司化學家Alex E. Carpenter說：「用一種已經被研究了幾十年的普通化學物質製造出全新材料，這不僅是出人意料的收穫，還是巨大的進步。Chirik發現的新分子具有革命性價值。人類擅長生產丁二烯。找到新分子的其他用途，具有重要的現實意義。」
在鐵催化劑的作用下，丁二烯單體以正方形鏈接生成低聚環丁烷。隨後，在鐵催化劑作用的真空條件下，低聚環丁烷又逆轉為單體。
博士後研究員Megan Mohadjer Beromi等完成了材料的表徵工作。他們認為，新分子是遙爪聚合物，其兩個端基都能夠功能化。這一特性使其成為一種良好的構築塊，能作為聚合鏈段中其它分子之間的橋樑。
新分子也有良好的熱穩定性，在250攝氏度左右高溫下，它也不會迅速分解。
此外，即使在1000g/mol的低分子量下，新分子也表現出了很高的結晶度。這意味著工程師們可以在更低的質量下，製造出高強度材料。
Chirik說：「用這種單體，我們能夠製造出真正堅實耐用的材料。人們的慣性思維是，化學可回收的聚合物必然是脆弱、不耐用的。我們的工作有力地回擊了這個觀點。」
在化學工業中，化學家們希望用少量構築塊製造出大多數商品。乙烯、丙烯和丁二烯是三種典型的構築塊。為滿足最終產品（塑料、橡膠）的性能需求，構築塊往往需要相互混合，並加入多種添加劑。但在回收時，這些原料又必須重新分離，而分離所需的能量輸入很高。
幸運的是，新研究表明，丁二烯聚合物的能量與單體大致相等，這為低能耗逆轉反應方向創造了可能性，也使其成為閉環化學循環過程的理想候選分子。
研究人員對新分子的應用前景感到興奮，並計劃對這種可持續、可化學回收的材料進行更深入的研究。
科界原創
編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《自然·化學》
期刊編號：1755-4330
原文鏈接：https://phys.org/news/2021-01-advance-route-chemically-recyclable-plastics.html
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