高分子材料可持续发展的路径和策略

面对日益增多的废弃塑料、纤维纺织品、橡胶等高分子材料引发的资源浪费与生态环境压力，探索高分子材料可持续发展路径已成为全球共识。四川大学王玉忠教授在《Engineering》发表题为“Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials”的观点文章，系统梳理了高分子材料绿色发展的多重路径和策略，为构建覆盖材料全生命周期的循环体系提供了战略性建议。

文章从高分子材料的可持续发展涉及的资源与环境两大维度展开论述。在原料资源端，利用可再生生物质资源合成生物基高分子材料，可有效减少对不可再生的化石资源的依赖并降低碳排放。对于合成生物基高分子材料，要实现聚合单体的生物基替代，一方面需要研究开发高效绿色的生物质转化技术并攻克其规模化生产的工程放大技术瓶颈，以提升单体品质和降低成本；另一方面，应突出生物基高分子材料在性能/功能上的特色，以推动其广泛应用。此外，以二氧化碳为原料制备高分子材料，既是实现“双碳”目标的有效途径，也有助于减缓化石资源消耗；但二氧化碳的热力学稳定性与动力学惰性对其高效转化提出了技术需求，亟需开发更加低碳节能的转化新方法。

在服役后的废弃物处置端，处置方式直接对环境产生不同的影响。在废弃高分子材料的回收方面，文章提出了理想回收方法应满足的三个条件：

（1）回收产品与废弃物的匹配性，废弃物的回收产物/产品性能/价值不低于废弃物原组成材料(高分子/其他辅材)，即实现闭环循环的“循环回收”（同级再利用）或“升级回收”（高值化利用），并且其市场容量总是能与被回收废弃物的量相匹配。

（2）在整个回收过程中, 能实现回收产品的高产率/转化率、易分离、全利用, 并且回收过程绿色低碳。

（3）具有经济效益, 即使没有政策激励(如补贴、税收优惠或溢价等), 回收产品也能具有市场竞争力，确保内在盈利能力。

过去生产的各类高分子材料，主要考虑的是在不同应用领域的服役性能，并没有考虑其废弃后的易回收循环性，这也是导致其废弃物不断增多的主要原因。因此，文章提出，未来新开发生产的高分子材料，特别是量大面广的高分子材料，不仅要注重其服役性能，而且还应赋予其易回收循环性，特别是可反复化学循环性，即高分子材料可以完全解聚为其聚合单体。为了实现这一目标，文章提出了两种主要策略: 一是设计合成全新的聚合物，使其既具有必要的性能,又易于完全解聚为其聚合单体，实现“单体↔聚合物”闭环循环; 二是共聚“化学改性”，在已有聚合物的大分子链中引入少量共聚单体结构,该结构不仅不破坏原有性能，甚至可以提升性能或增加新的功能，还能促进聚合物完全解聚为聚合单体，实现闭环化学循环回收。

针对一次性使用高分子制品难以收集或易泄漏到环境中的处理难题，文章强调还应赋予高分子材料在相应环境中的生物降解性，以消除废弃物对环境的污染。王玉忠教授于2011年首次提出“可反复化学循环生物降解聚合物”这一理念，近年来获得广泛的关注。为了确保一次性制品废弃后无论去向如何都能得到有效处置，王玉忠教授提出了用于生产一次性使用制品的理想聚合物应满足的五个条件：（1）聚合单体可在温和条件下以高收率进行化学回收，且无需分离纯化即可直接再聚合，实现闭环化学循环；（2）在土壤、淡水、海水等自然环境中能够完全生物降解，形成二氧化碳和水或对人类健康和环境无害的物质；（3）成本与综合性能（如加工性、机械性能等）与相同应用领域使用的传统高分子材料相当；（4）降解速率可根据应用需求进行调控，与材料的设计使用寿命相匹配；（5）单体尽可能来源于可再生原料，在全生命周期评估中显示出更低的碳足迹与环境优越性。

此外，文章还指出，基于非共价相互作用和动态共价键构筑的可逆交联聚合物，因其动态可逆性而兼具可再加工与化学回收特性，为解决塑料污染和废弃高分子材料浪费问题开辟了新的途径。

王玉忠教授提出的可持续发展路径从资源替代、末端回收及源头分子设计三个层面，构建了一个覆盖材料全生命周期的绿色循环体系。该观点文章为高分子材料发展应对环境与资源挑战提供了具有指导意义的系统性方案。

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