塑料回收，又一篇Nature Chemistry！

▲第一作者：Devavrat Sathe
通讯作者：Junpeng Wang通讯单位：University of Akron, USADOI: 10.1038/s41557-021-00748-5

01
背景介绍

塑料（Plastics）是一种具有广泛用途的合成高分子材料，为我们的日常生活提供了极大的便利，同时也对生态环境造成了严重的污染，甚至造成了一些濒危物种的灭绝。目前，解决塑料污染的可行性方案是用化学可回收的聚合物取代当下的聚合物，实现材料的循环使用，从而减少塑料污染。但是，目前所报道的可回收聚合物的热稳定性和力学性能均较差。
02
本文亮点

1. 本文报道了一系列具有优异的热稳定性(分解温度>370℃)和可调谐的力学性能的化学可回收聚合物。2. 通过将反式环丁烷安装到环辛烯上，得到的反式环丁烷并环辛烯（tCBCO）单体，其有效地降低了环辛烯的环张力（从8.2 kcal/mol降低至4.9 kcal/mol），可达到与环戊烯相当的环张力（5.2 kcal/mol）。同时，实现了将不可解聚的多环辛烯转化为可解聚的聚合物的目标。 

03
图文解析

环张力计算。适当的附加可以降低环辛烯的环张力，从而使相应的开环复分解聚合(ROMP)聚合物能够解聚（图1a）；为了确定一个能够将环辛烯的环张力降低到目标值的附加环，作者计算了在5位和6位安装了三元、四元、五元和六元环的环辛烯的环张力（RSE），包括顺式和反式异构体（图1b）。RSE的计算是通过使用密度泛函理论在B3LYP/6-31G（d，p）水平上计算图1c所示开环复分解（RCM）反应的焓变来进行的，这为环烯烃的RSE提供了合理的预测。 ▲图1 确定合适的环，降低环辛烯的环张力，使相应的聚合物解聚。

单体和聚合物的合成。了通过机械力化学活化来控制聚合物的降解，作者通过1,5-环辛二烯和顺丁烯二酸酐的光化学[2+2]环加成和LiAlH₄还原反应合成了M1(图2a)。以2M单体和G2为引发剂，在ROMP条件下得到聚合物P1、P2a、P2b、P3和P4，转化率高达80%（图2b)。 ▲图2 tCBCO单体和聚合物的合成与表征。

解聚作用研究。在25mM烯烃的浓度下，将聚合物溶解在氯仿或氘代氯仿中，在1mol% G2存在下加热50℃ 2h，以测试其解聚能力。所有tCBCO聚合物都经历了解聚形成相应的单体，通过¹H NMR得到验证（图3a-c）。当相同的条件下，聚环辛烯没有解聚成环辛烯(图3d)。此外，顺式和反式环丙烷融合的环正烯5和6位的ROMP聚合物(顺式-gDCC -CO和反式-gDCC -CO)均未解聚成相应的单体(图3e,f)。  ▲图3 tCBCO聚合物的解聚研究。

结构和RSE关系。为了评估环丁烷熔合环对跨环相互作用的影响，作者观察了未取代环辛烯和tCBCO上的所有非键H-H距离。通过Newman投影研究，发现反式环丁烷代表了一种理想的方案，其中扭转应变以低能量维持在环状和非环状形式。 ▲图4 在1,9-二烯和环辛烯的C5-C6键的Newman投影。

热性能和力学性能。作者制备了弹性体PN1并进行了拉伸试验(图5a)。应力应变曲线杨氏模量为0.61±0.10 MPa，最大应变为238±15%，抗拉强度为0.61±0.10 MPa。接下来，作者以狗骨头实验器件进行了拉伸试验，得到应力应变曲线(图5b)，聚苯乙烯样品作为参照样品。如图5b所示，P4的杨氏模量为1.40±0.06 GPa，与聚苯乙烯的杨氏模量1.56±0.12 GPa相当。P4的断裂应变(3.4±0.3%)和抗拉强度(39±5 MPa)与聚苯乙烯(3.7±0.4%，46±1 MPa)相当。 ▲图5 tCBCO聚合物的力学性能。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-021-00748-5

作者简介

王军鹏王军鹏，美国阿克伦大学高分子科学系助理教授。课题组通过运用在合成有机化学和聚合物化学、力学研究、光谱表征、热和机械测试以及成像方面的优势，寻求了解分子信息和材料特性之间的相互作用，以及它们如何协同促进功能和应用。


课题组主页：
https://junpengwanglab.uakron.edu/
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