美科學(xué)家研發(fā)出回收之法 白色污染或徹底解決

　　最近，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以吡啶基氨基鉿化合物為烯烴聚合引發(fā)劑可合成高分子量的PE-b-iPP二嵌段共聚物和多嵌段共聚物，并精確控制嵌段的長(zhǎng)度。該發(fā)現(xiàn)有助于解決全球白色污染問(wèn)題。

　　聚乙烯（PE）和聚丙烯（iPP）是世界上應(yīng)用最廣泛的兩大類(lèi)商品塑料，年產(chǎn)量分別達(dá)到7億噸和5億噸，構(gòu)成了世界近三分之二的塑料。其以?xún)?yōu)良的理化特性和耐用性能及質(zhì)輕、美觀、價(jià)廉等特點(diǎn)，取代了一大批傳統(tǒng)的包裝材料，促成了包裝業(yè)的一場(chǎng)革命。然而，聚乙烯和聚丙烯盡管有類(lèi)似的烴組成，但彼此互不相容，限制了混合廢物的處理，降低了回收產(chǎn)品的價(jià)值，制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。讓我們的海洋變成了名副其實(shí)的白色垃圾場(chǎng)，是21世紀(jì)人類(lèi)面臨的最大威脅之一！

　　首先活化鉿催化劑和B（C6F5）3，隨后開(kāi)始丙烯聚合反應(yīng)，得到全同立構(gòu)的聚丙烯。當(dāng)丙烯完全被消耗后，反應(yīng)釜中加入乙烯即可形成PE-b-iPP二嵌段共聚物。Mn（數(shù)均分子量）值隨著單體的轉(zhuǎn)化線性增長(zhǎng)，與理論預(yù)測(cè)一致，符合活性聚合反應(yīng)的特征。乙烯嵌段的MW（重均分子量）可由反應(yīng)時(shí)間來(lái)控制，丙烯嵌段的MW則由丙烯和催化劑的比例來(lái)控制，從而達(dá)到精確控制聚合物分子量的目的。

　　通常由于熱力學(xué)不相容性，弱范德華作用以及無(wú)定形聚合物在熔融成型材料連接處的積累，使得大多數(shù)商用聚丙烯和聚乙烯顯示很差的界面粘合性。研究者使用一個(gè)簡(jiǎn)單的剝離試驗(yàn)評(píng)估了含嵌段共聚物和無(wú)嵌段共聚物兩種情況下，聚乙烯和聚丙烯層壓組合材料的粘合性。結(jié)果顯示，無(wú)嵌段共聚物的層壓組合材料很容易被剝離。

　　純聚丙烯和聚乙烯在室溫下承受拉力時(shí)顯示延展性和機(jī)械硬度，然而將兩種材料混合則導(dǎo)致兩個(gè)組分的相分離和斷裂點(diǎn)應(yīng)變力的顯著降低，導(dǎo)致機(jī)械性能很差。美科學(xué)家開(kāi)發(fā)出的催化劑體系能夠合成半晶態(tài)聚乙烯/聚丙烯嵌段共聚物，并且可精確控制嵌段的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，這些大分子可與商業(yè)用聚乙烯和聚丙烯形成了牢固的界面。界面強(qiáng)度的增強(qiáng)即可控制商業(yè)聚乙烯和聚丙烯共混物的形態(tài)和機(jī)械韌性，提高混合物的沖擊和抗裂性能，使廢棄塑料回收再利用產(chǎn)生更高價(jià)值的材料，為塑料垃圾的回收利用提供了有效的解決手段。

　　聚乙烯/聚丙烯全球年銷(xiāo)售額達(dá)到2000億美元，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。毫不夸張地說(shuō)，塑料（聚乙烯/聚丙烯）的回收利用將會(huì)影響到經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展，絕不容小覷。目前，絕大多數(shù)聚乙烯和聚丙烯的制備采用異相鉻和鈦催化劑。異相烯烴聚合催化劑有許多活性位點(diǎn)，每個(gè)分子都有各自的反應(yīng)性差異，導(dǎo)致不同分子量（MW）、分子量分布和微觀結(jié)構(gòu)的聚合物。以聚乙烯和聚丙烯為例，這些差異與相分離抑制了界面粘合，降低了熔融共混物的力學(xué)性能。當(dāng)這些塑料被回收時(shí)，只有大約5%的性能被保留下來(lái)而成為低價(jià)值的產(chǎn)品。將增容劑用于聚乙烯/聚丙烯的回收，有望將聚乙烯/聚丙烯轉(zhuǎn)化為等價(jià)或更高價(jià)值的材料，同時(shí)降低分揀成本，為塑料回收利用帶來(lái)了曙光。

　　增加聚乙烯和聚丙烯的相容性依賴(lài)于大量非晶態(tài)聚合物（≥10%）添加劑的增加，而聚乙烯和聚丙烯中的嵌段共聚物可望起到添加劑的作用。Busico等利用C2對(duì)稱(chēng)的鋯催化劑催化合成了二嵌段共聚物PE-b-iPP。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該催化劑通過(guò)β-氫消除，使鏈生長(zhǎng)受限，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中iPP嵌段被證明是顯著有規(guī)立構(gòu)的。繼續(xù)改進(jìn)催化劑，使其具有更長(zhǎng)的壽命，能夠產(chǎn)生更高分子量的聚乙烯/聚丙烯二嵌段共聚物和多嵌段共聚物是科學(xué)家追求的目標(biāo)。