專家視角：高分子材料可持續發展的路徑和策略

廢棄聚合物材料造成的資源浪費和生態壓力，使得探索可持續發展路徑成為全球共識。四川大學王玉忠教授在《Engineering》雜志發表題為“Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials”的觀點文章，系統地概述了聚合物材料綠色發展的多條途徑，并為建立覆蓋整個材料生命周期的循環系統提供了戰略建議。

圖1.聚合物材料的可持續發展與回收概述

這篇文章從資源和環境兩個維度探討了這一主題。在原料方面，利用可再生生物質資源合成生物質基聚合物材料能夠有效降低對化石資源的依賴，并減少碳排放。然而，由于石油基聚合物已有的成熟產業鏈和成本優勢，生物質基材料的大規模應用面臨挑戰。作者指出，生物質基材料必須實現功能上的可替代性或優越性，才能促進其廣泛應用。此外，以二氧化碳作為原料制備聚合物材料不僅有助于實現碳達峰和碳中和目標，還有助于減少化石資源的消耗。不過，二氧化碳的熱力學穩定性和動力學惰性給其高效轉化帶來了技術難題，需要開發新型、更低碳和節能的轉化方法。

圖2.聚合物材料的主要回收方法

關于廢聚合物材料的回收利用，該文章提出了理想回收方法應滿足的三個基本標準：

（1）回收產品與廢棄物的匹配性，廢棄物的回收產物/產品性能/價值不低于廢棄物原組成材料(高分子/其他輔材)，即實現閉環循環的“循環回收”（同級再利用）或“升級回收”（高值化利用），并且其市場容量總是能與被回收廢棄物的量相匹配。

（2）在整個回收過程中, 能實現回收產品的高產率/轉化率、易分離、全利用, 并且回收過程綠色低碳。

（3）具有經濟效益, 即使沒有政策激勵(如補貼、稅收優惠或溢價等), 回收產品也能具有市場競爭力，確保內在盈利能力。

對于未來可回收聚合物的設計，本文總結了兩種主要策略。第一種策略是設計并合成新型聚合物，使其兼具出色的使用性能和完全解聚的能力。第二種策略則是通過在主鏈中引入少量共聚單體單元來對現有聚合物進行改性，旨在保持或增強原有性能或添加新的功能，同時賦予聚合物完全解聚為單體的能力，從而實現閉環化學回收。

針對在難以收集一次性聚合物材料的情況下處理這些材料的難題，該文章強調生物降解是一種重要的補充手段。王玉忠教授于 2011 年首次提出了“可反復化學循環生物降解聚合物”的概念，近年來這一概念越來越受到關注。文章概述了理想的一次性應用聚合物應滿足的五個條件：

（1）在溫和條件下實現高產率單體回收，并且這些單體無需分離或提純即可重新聚合，從而建立一個閉環化學循環；

（2）在土壤、淡水和海水等自然環境中完全生物降解，并最終轉化為二氧化碳、水或對人類健康和環境無害的物質；

（3）成本和綜合性能與相同應用中的傳統聚合物材料相當；

（4）降解速率可調，以使使用壽命與處置時間相匹配；

（5）只要有可能，其單體應源自可持續來源的可再生生物質基原料，從而實現更低的碳排放和環境優勢。

此外，該文章指出，通過非共價相互作用和動態共價鍵構建的交聯聚合物具有動態可逆性，賦予了它們可再加工性和化學可回收性。這為解決塑料污染和廢聚合物材料問題開辟了重要的新途徑。

王玉忠教授提出的可持續發展路徑構建了一個涵蓋整個材料生命周期的綠色循環系統，從資源替代、廢棄聚合物材料的回收以及新型可回收聚合物材料的設計三個層面展開。這篇觀點文章為該領域提供了一個系統且具有指導意義的框架。

論文信息：

Yu-Zhong Wang. Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials. Engineering.

開放獲取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.12.031

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