近日，大連理工化工學(xué)院精細(xì)化工全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“小分子活化與仿生催化”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了羰基在聚酮鏈中的宏觀均勻分布，讓材料性能實(shí)現(xiàn)"按需訂制"，成功實(shí)現(xiàn)聚乙烯與尼龍的高效兼容，為混合塑料回收開(kāi)辟新路徑。相關(guān)成果以“按需非交替共聚技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚乙烯與尼龍的升級(jí)回收”（On-Demand Nonalternating Copolymerization Enables Upcycling of Mixed Polyethylene and Nylon Plastics）為題發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上，并被選為封面文章（Front Cover）。該論文第一作者為我院博士生張文麗，通訊作者為我院精細(xì)化工全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉野教授。

在塑料家族中，有一類(lèi)特殊材料叫"聚酮"—由乙烯和一氧化碳（CO）交替排列而成。它強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕，但有個(gè)致命缺點(diǎn)：加工溫度高達(dá)252℃，幾乎無(wú)法熔融成型，更遺憾的是，傳統(tǒng)合成方法只能得到嚴(yán)格交替的鏈結(jié)構(gòu)（―CH2-CH2-CO―），限制了材料設(shè)計(jì)的靈活性。

每年，全球產(chǎn)生超過(guò)3億噸塑料垃圾，其中聚乙烯和尼龍因化學(xué)性質(zhì)差異難以混合回收，最終淪為填埋場(chǎng)或海洋污染物。如何將這兩種“水火不容”的塑料轉(zhuǎn)化為高性能材料？該團(tuán)隊(duì)最新研究實(shí)現(xiàn)了羰基在聚酮鏈中的宏觀均勻分布，讓材料性能實(shí)現(xiàn)"按需訂制"，制備了同時(shí)含有極性和非極性結(jié)構(gòu)的高分子拉鏈，成功實(shí)現(xiàn)聚乙烯與尼龍的高效兼容，為混合塑料回收開(kāi)辟新路徑。

按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行聚合，在塑料合成過(guò)程中，乙烯和CO這兩種氣體的消耗速度不同，就像兩個(gè)人跑步一個(gè)快一個(gè)慢，導(dǎo)致最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)不均勻，性能不穩(wěn)定。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套“智能調(diào)氣”技術(shù)，像精準(zhǔn)調(diào)節(jié)油門(mén)一樣控制氣體比例。在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)：乙烯和CO按9:1的比例通入，幫助材料形成特定骨架；而在反應(yīng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)調(diào)整為3:2，讓兩種氣體消耗速度匹配。最終獲得的聚酮材料結(jié)構(gòu)均勻，徹底解決了傳統(tǒng)方法產(chǎn)物“分層”的問(wèn)題，并且能通過(guò)調(diào)整氣體比例，自由控制材料中羰基的含量（0%~50%），實(shí)現(xiàn)材料性能的按需定制。

通過(guò)全面的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，該新材料具有獨(dú)特的"長(zhǎng)短鏈交替"架構(gòu)：短極性段（―(CH?-CH?)?-CO―，n < 4）可以與尼龍形成氫鍵結(jié)合。長(zhǎng)非極性段（≥4個(gè)乙烯）可以誘導(dǎo)聚酮與聚乙烯的共結(jié)晶。這種結(jié)構(gòu)像"分子拉鏈"，同時(shí)完美匹配聚乙烯和尼龍的特性需求，使原本不相容的聚乙烯和尼龍?jiān)谖⒂^層面緊密結(jié)合；就像在原本互不相容的油和水界面，加入表面活性劑，使其完美結(jié)合。因此，復(fù)合材料抗沖擊強(qiáng)度提升3倍，斷裂伸長(zhǎng)率從42.9%躍升至437%。

(關(guān)鍵字：聚乙烯)