浙江大学张兴宏教授团队 Angew：类聚乙烯性能的可循环含硫塑料

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塑料制品已成为人类生活中不可或缺的重要部分，然而由于难降解和低的回收价值，塑料使用后的不当处置已造成了严重的环境污染。当前塑料制品的原料大多来源于石油化工，不可再生，如不能回收和再利用，这些材料的生产也是不可持续的。“塑料危机”的重要解决方案之一是制备化学可闭环回收的聚合物。近年来这一方案的研究取得了系列进展，但很少有化学可回收聚合物具有类似传统聚烯烃的优异热稳定性和机械性能。

近期，浙江大学张成建副研究员和张兴宏教授在著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表了题为“Chemically recyclable polyethylene-like sulfur-containing plastics from sustainable feedstocks”的文章。该文设计了H₂O，COS和二丙烯酸酯的级联聚合反应，合成了化学可回收的聚合物。其中COS经水解后产生H₂S，再与二丙烯酸酯偶联反应，得到含酯键和硫醚结构的高分子。该方法采用常见的碱性化合物为催化剂，以及H₂S的高反应性，所得产物的分子量高，最高可达176.7 kDa。这一反应模式可以采用碱性催化剂，适用于不同结构的二双键化合物，也表明采用便宜的H₂S作为反应物，可以得到高分子量的聚(酯-硫醚)。在合成得到的聚合物中，具有长碳链的聚合物在结构上类似线形聚乙烯，力学性能与商用的高密度聚乙烯相当，具有良好的热加工性能，可熔融加工成为不同形状的板材或样条。而聚合产物结构中具有短的碳链或聚醚重复单元则是无定形的，其中低玻璃化转变温度的聚合物在室温下具有高的透明性和良好的流动性。采用上述方法得到的聚合物，由于主链中的酯基，可以通过两个化学循环回收再生。一种是通过简单的碱性水解，得到不溶于水的二醇，过滤干燥后即可回收（二醇回收率>97％），再酯化后按原路线聚合，即可再得到高分子量的原聚合物；另一种方式是直接采用甲醇醇解，得到含硫醚键的二甲酯和二醇，直接缩聚也能得到高分子量的原聚合物。综上，这一工作采用来源广泛水、羰基硫和二丙烯酸酯为单体，不需复杂的催化剂设计，即可通过级联聚合的方法，获得性能类聚烯烃的聚（酯-硫醚），可以通过两种不同的方式回收再生。因而这些聚合物有规模化应用的前景。这项工作提供了一种性能优异的可循环含硫高分子材料。从整个地球的硫循环看，有机含硫在自然界中最终降解为元素硫或硫酸盐，后者是植物的必要营养成分，而我国部分地区土壤缺乏硫元素。因此本文发展的聚（酯-硫醚）也有可能发展为新型的可降解塑料品种。浙江大学高分子系博士生夏燕妮、岳昕辰为本文的第一作者，通讯作者为张成建副研究员和张兴宏教授。作者团队简介：张兴宏教授简介：博士，浙江大学教授，博士生导师，长期从事碳一聚合、可持续高分子的合成研究。张成建副研究员简介：浙江大学特聘副研究员。本科和博士分别毕业于山东大学和浙江大学，于沙特阿卜杜拉国王科技大学交流访学。于2021年9月加入浙大高分子系任教。曾获浙江大学优秀博士论文、浙江省化学会创新奖一等奖。该团队主要从事高分子化学的研究及教学工作。该团队聚焦可持续高分子材料研究，在JACS、Nat. Comm.、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.和Macromolecules等国内外期刊发表论文130余篇；主编出版了专著《Sulfur-Containing Polymers: From Synthesis to Functional Materials》。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202219251

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