长春应化所陶友华研究员课题组 Angew：桥环内酰胺单体开环聚合制备可闭环循环尼龙

2024-04-22 来源：高分子科技

尼龙是一种高性能热塑性塑料，具有的优良强度、韧性和耐磨性以及对各种溶剂和弱酸的耐受性，使其在各种应用中不可或缺。全球尼龙市场在2022年的价值为313.3亿美元，预计到2030年将增加到441.9亿美元。然而，尼龙的耐久性和环境持久性为其传统化学回收和自然生物降解过程带来了巨大的挑战，导致其在垃圾填埋场和环境中持续积累，造成了严重的环境危机。化学回收到单体(CRM)是建立循环塑料经济的关键战略，自Eugene Y.-X. Chen开创性地报道γ-丁内酯开环聚合生成完全可回收的聚(γ-丁内酯)以来，许多环状单体被设计用于开发具有闭环生命周期的化学可回收聚合物；然而，将消费后的尼龙废物回收为内酰胺的报道仍然非常有限。

图1. 桥环内酰胺单体开环聚合制备可闭环回收尼龙

近期，中科院长春应化所陶友华研究员等人提出桥环内酰胺单体开环聚合可以制备可闭环循环的尼龙（图1）。由δ-戊内酰胺和吡咯烷酮衍生得到的桥联双环内酰胺(5/6-LM)，可以实现闭环循环尼龙的制备。5/6-LM的环张力要大于其母体五元环δ-戊内酰胺的环张力，这使得5/6-LM可以在温和的条件下开环聚合得到尼龙4/5；并且5/6-LM可以在室温下通过简单的一步氢化反应制备，实验室中该反应规模可提高到每批50克，并且反应过程中用到的Pd/C催化剂和甲醇溶剂可以多次循环使用，而不影响5/6-LM的收率。所合成的尼龙4/5具有高的结晶度和热稳定性。而且，所得到的尼龙4/5可以闭环循环回其原始的5/6-LM单体并进行再聚合，实现了尼龙材料从单体到聚合物再到单体的全生命周期循环（图2）。

图2. 尼龙4/5从单体到聚合物再到单体的全生命周期循环

本论文的第一作者为吕文秀博士，陶友华研究员为文章的通讯作者，李茂盛博士为文章的共同通讯作者，长春应化所为第一单位。陶友华团队近年来在聚硫酯以及尼龙，这两类材料的闭环循环领域取得系列进展，代表性工作分别发表在J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3, 1877；Angew. Chem., Int. Ed., 2021, 60, 22547；Angew. Chem., Int. Ed., 2023, e202302898上。上述研究得到了国家科技部以及国家杰出青年科学基金的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202402541

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（责任编辑：xu）

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