廢棄聚合物材料造成的資源浪費(fèi)和生態(tài)壓力，使得探索可持續(xù)發(fā)展路徑成為全球共識(shí)。四川大學(xué)王玉忠教授在《Engineering》雜志發(fā)表題為“Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials”的觀點(diǎn)文章，系統(tǒng)地概述了聚合物材料綠色發(fā)展的多條途徑，并為建立覆蓋整個(gè)材料生命周期的循環(huán)系統(tǒng)提供了戰(zhàn)略建議。

圖1.聚合物材料的可持續(xù)發(fā)展與回收概述

這篇文章從資源和環(huán)境兩個(gè)維度探討了這一主題。在原料方面，利用可再生生物質(zhì)資源合成生物質(zhì)基聚合物材料能夠有效降低對(duì)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(chǎn)業(yè)鏈和成本優(yōu)勢(shì)，生物質(zhì)基材料的大規(guī)模應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。作者指出，生物質(zhì)基材料必須實(shí)現(xiàn)功能上的可替代性或優(yōu)越性，才能促進(jìn)其廣泛應(yīng)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，還有助于減少化石資源的消耗。不過，二氧化碳的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)惰性給其高效轉(zhuǎn)化帶來了技術(shù)難題，需要開發(fā)新型、更低碳和節(jié)能的轉(zhuǎn)化方法。

圖2.聚合物材料的主要回收方法

關(guān)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(yīng)滿足的三個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)：

（1）回收產(chǎn)品與廢棄物的匹配性，廢棄物的回收產(chǎn)物/產(chǎn)品性能/價(jià)值不低于廢棄物原組成材料(高分子/其他輔材)，即實(shí)現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)的“循環(huán)回收”（同級(jí)再利用）或“升級(jí)回收”（高值化利用），并且其市場(chǎng)容量總是能與被回收廢棄物的量相匹配。

（2）在整個(gè)回收過程中, 能實(shí)現(xiàn)回收產(chǎn)品的高產(chǎn)率/轉(zhuǎn)化率、易分離、全利用, 并且回收過程綠色低碳。

（3）具有經(jīng)濟(jì)效益, 即使沒有政策激勵(lì)(如補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠或溢價(jià)等), 回收產(chǎn)品也能具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，確保內(nèi)在盈利能力。

對(duì)于未來可回收聚合物的設(shè)計(jì)，本文總結(jié)了兩種主要策略。第一種策略是設(shè)計(jì)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(duì)現(xiàn)有聚合物進(jìn)行改性，旨在保持或增強(qiáng)原有性能或添加新的功能，同時(shí)賦予聚合物完全解聚為單體的能力，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)化學(xué)回收。

針對(duì)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(qiáng)調(diào)生物降解是一種重要的補(bǔ)充手段。王玉忠教授于 2011 年首次提出了“可反復(fù)化學(xué)循環(huán)生物降解聚合物”的概念，近年來這一概念越來越受到關(guān)注。文章概述了理想的一次性應(yīng)用聚合物應(yīng)滿足的五個(gè)條件：

（1）在溫和條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)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(gè)閉環(huán)化學(xué)循環(huán)；

（2）在土壤、淡水和海水等自然環(huán)境中完全生物降解，并最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水或?qū)θ祟惤】岛铜h(huán)境無害的物質(zhì)；

（3）成本和綜合性能與相同應(yīng)用中的傳統(tǒng)聚合物材料相當(dāng)；

（4）降解速率可調(diào)，以使使用壽命與處置時(shí)間相匹配；

（5）只要有可能，其單體應(yīng)源自可持續(xù)來源的可再生生物質(zhì)基原料，從而實(shí)現(xiàn)更低的碳排放和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。

此外，該文章指出，通過非共價(jià)相互作用和動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵構(gòu)建的交聯(lián)聚合物具有動(dòng)態(tài)可逆性，賦予了它們可再加工性和化學(xué)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(xù)發(fā)展路徑構(gòu)建了一個(gè)涵蓋整個(gè)材料生命周期的綠色循環(huán)系統(tǒng)，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(shè)計(jì)三個(gè)層面展開。這篇觀點(diǎn)文章為該領(lǐng)域提供了一個(gè)系統(tǒng)且具有指導(dǎo)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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