合成高分子是现代文明不可或缺的重要基础材料。然而，传统高分子材料的合成严重依赖石油资源，并且由于其难降解回收的结构特征以及不可控的废弃处理方式，导致了塑料污染等一系列生态环境问题。为了应对这一危机，高分子科学家们正致力于开发新型可持续聚合物，特别是具有按需解聚特性的可化学解聚聚合物（CDPs）。CDPs的核心优势在于其能够通过建立解聚/再聚合的循环，重新生成性能无损的原始聚合物，使高分子材料能够实现多次循环使用，实现闭环循环与回收，避免了对有限自然资源的过度消耗，并为解决塑料污染提供了理想的解决新途径，可有效推动循环材料经济的发展。但是，当前CDPs领域面临着两大挑战：一是如何平衡聚合与解聚能力，二是如何平衡解聚性能与物理性能。为了解决这些问题，近年来高分子科学家在这一前沿领域取得了一系列具有国际影响力的突破性成果，为新型CDPs的设计、合成与应用打下了坚实的基础。近期，受Sci. China Chem.主编万立骏院士委托，青岛科技大学李志波教授、沈勇教授，上海有机化学研究所洪缪研究员、高彦山研究员、孙洋洋副研究员，吉林大学安泽胜教授、张越涛教授，华南理工大学胡蓉蓉教授、秦安军教授，大连理工大学吕小兵教授、刘野教授、徐铁奇教授，北京大学吕华教授，长春应用化学研究所庞烜研究员、陶友华研究员，四川大学王玉忠院士、吴刚教授、朱剑波教授，阿克伦大学王军鹏副教授，浙江大学伍广朋教授、张兴宏教授，苏州大学张正彪教授等多位领域内专家合作，为Sci. China Chem.撰写了题为“New Sustainable Polymers with On-demand Depolymerization Property”的综述文章，系统总结了CDPs领域的最新进展。在本综述中，作者根据 CDPs的不同主链结构，综述分为碳杂主链CDPs和全碳主链CDPs两个部分，每个部分又根据合成CDPs所用的聚合方法进一步重点阐述。文章介绍了理想CDP的设计原则，以及克服“如何平衡聚合与解聚能力”及“如何统一解聚性与物理性能”两大挑战的多种可行策略：首先，从热力学角度出发，选择聚合上限温度（Tc）介于−60至200℃之间的聚合过程，有助于实现单体-聚合物的完全循环，赋予CDPs优异的循环回收性；其次，从动力学角度出发，合成高效催化剂，通过大幅降低反应能垒，加速聚合进程，能够确保聚合反应在合理时间内完成；第三，新型特殊结构单体设计有助于开发兼具良好物理性能与化学解聚性能的CDP；第四，“热力学不稳而动力学稳定或受限”的CDP设计策略，不仅能提升聚合物的热稳定性，而且能赋予其按需解聚的性能。随后，作者对该领域的发展机遇和面临的困难进行了总结：首先，CDP单体的大规模合成困难，需要开发易于获取且资源丰富的单体，特别是源自可再生资源或废塑料回收的中间体的单体；其次，当前对于解聚催化技术的研究相对滞后，多依赖于高能耗的热处理或酸碱条件，因此，定制化的解聚催化剂将成为未来研究的重点；第三，为实现与现有商品化高分子的市场竞争，CDP材料性能的提升是亟待解决的问题，设计新型单体以增强材料性能、通过精细调控聚合物的微观结构实现CDP性能的定制化合成，具有巨大的发展潜力；第四，采用绿色催化剂及环保溶剂，开发节能且经济高效的聚合和解聚工艺，对于推动CDP的可持续发展具有重要意义。此外，建立完善的无分拣回收体系，促进CDP的闭环循环，也是实现其可持续发展目标的关键。最后，作者指出随着CDP研究的不断深入，其在环境保护、资源节约以及经济可持续发展方面的潜力日益凸显，有望在包装材料、纺织品、生物医用材料等多个领域得到广泛应用，成为推动绿色经济的重要力量。详见：Yangyang Sun, Zesheng An, Yanshan Gao, Rongrong Hu, Ye Liu, Hua Lu, Xiao-Bing Lu, Xuan Pang, Anjun Qin, Yong Shen, Youhua Tao, Yu-Zhong Wang, Junpeng Wang, Gang Wu, Guang-Peng Wu, Tie-Qi Xu, Xing-Hong Zhang, Yuetao Zhang, Zhenbiao Zhang, Jian-Bo Zhu, Miao Hong* & Zhibo Li*. New Sustainable Polymers with On-demand Depolymerization Property, Sci. China Chem., 2024, https://doi.org/10.1007/s11426-024-2167-9扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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