长春应化所陶友华研究员课题组 JACS：单硫代交酯单体实现可闭环回收且性能优异的塑料

2023-01-06 来源：高分子科技

近日，长春应化所陶友华研究员课题组在著名期刊《J. Am. Chem. Soc.》上以“Tough while Recyclable Plastics Enabled by Monothiodilactone Monomers”为题在线发表了单硫代交酯单体实现可闭环回收且性能优异的塑料的论文（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.2c11502.)。

塑料是现代社会不可缺少的关键材料。然而，塑料使用结束后大部分都会作为不可降解的垃圾，对环境产生巨大的负面影响。而通过机械回收处理的塑料，其材料性能严重下降，限制了进一步的应用。近年来，塑料的闭环回收的概念成为全世界高分子科学界关注的焦点，该方法通过设计特定的单体合成高分子材料，再将其直接转化为原单体，从而实现资源循环和同级使用。虽然已经报道了一些闭环回收塑料的实例，但其使用性能（结晶度、玻璃化转变温度、应力/应变等）通常表现出不适合商业应用的特点。

图1.单硫代交酯单体实现可闭环回收且性能优异的塑料

近期，中科院长春应化所陶友华研究员提出单硫代交酯单体可以作为一类新型单体用于制备可闭环回收且性能优异的塑料（图1）。单硫代交酯单体的开环聚合具有高的区域选择性，能够有效抑制聚合过程中的硫酯交换副反应，实现可控的开环聚合。所得到的聚合物可以通过简单的升华装置，高效、高选择性的回收到最初的单硫代交酯单体（图2）。同时，所获得的可回收聚合物显示出与石油基低密度聚乙烯（LDPE）相当的机械性能，特别是韧性（>400%断裂伸长率）。实验和计算研究揭示了单硫代策略在高选择性聚合、回收和性能方面的关键作用，通过显著降低环应变，赋予单硫代交酯单体的化学可回收性；实现单体在酰基-S键位点的区域选择性开环，从而获得主链酯-硫酯完全交替结构的聚合物。单晶X射线衍射和计算研究进一步表明硫酯键和酯键交替的结构增强了聚合物分子内的n-π*相互作用，而单体刚性的环结构限制了分子内的n-π*相互作用，从而实现了在不牺牲单体活性的情况下抑制聚合过程中的硫酯交换副反应，实现可控的单硫代交酯开环聚合。

图2.单硫代交酯聚合物的高效高选择性回收

总之，单硫代交酯单体的原料来源广泛、合成简单、聚合产物容易实现闭环回收且性能优异，未来有希望实现规模化制备和应用。本论文的第一作者为王彦超博士，陶友华研究员为文章的通讯作者。

该工作得到国家自然科学基金委重大研究计划培育项目及区域联合基金重点项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c11502

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（责任编辑：xu）

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