柔性印刷电路板（FPCBs）的可弯曲和可折叠的特性使其成为柔性便携式电子产品和可穿戴设备中的主要组件。随着电子产品消耗量的持续增长，大量电子废弃物随之产生。若处理不当，废弃FPCBs中的重金属、电子元件和塑料基板将会对环境造成严重污染，并带来资源浪费。针对上述问题的最佳方案是实现FPCBs的无害化处理，其中包括塑料基板的分解，金属/电子元件的分离和回收，以及在不污染环境的情况下安全丢弃基板。传统石油基塑料存在难以解聚溶解和自然降解的问题。因此，设计可循环利用与可降解的生物基塑料，使其在使役条件下展现较高的稳定性，并在非使役条件下（特定溶剂）有效分解，对于制备能够无害化处理的高性能FPCBs至关重要。然而，目前还缺乏一种简便、环保、可量产的方法来制造这类生物基塑料。

图1 用于可无害化处理的FPCBs的高稳定性、可循环利用与可降解的可逆交联水塑料。

  近期，吉林大学孙俊奇教授、李懿轩副教授团队通过将甲基纤维素（MC）和单宁酸（TA）在水溶液中的复合，然后将得到的聚合物沉淀进行热压，制备出了高环境稳定性、可循环利用与可降解的可逆交联水塑料（TA-MC），并用于制备高性能FPCBs（图1和图2a）。树枝状单宁酸可通过高密度氢键将甲基纤维素链段限制在原位形成的TA-MC纳米限域相中（图2b和2c）。一方面，TA-MC纳米限域相具有致密、刚性和疏水性，可提升水塑性材料的力学性能与环境稳定性；另一方面，氢键交联的纳米限域相可在特定条件下动态解离，促进水塑料的解聚与降解。因此，由于动态纳米限域相的存在，TA-MC水塑料在干燥状态下的断裂强度高达109.6 MPa，且在180 ℃下储能模量可达2.85 GPa（图3a和3b）。在室温下浸泡入水中15天后，其具有40.4 MPa的断裂强度，展现了优异的耐水性。即使在80 ℃热水中，TA-MC水塑料的断裂强度仍然可达34.2 MPa（图3e）。源于氢键交联网络以及纳米限域相的可逆性，TA-MC水塑料在吸水后，可以通过热压（80 ℃）的方式进行多次加工与循环利用（图4）。由于TA-MC水塑料优异的力学性能和耐水性，由TA-MC基板和3D打印传感元件组成的高性能FPCBs可作为电容式传感器，用于水下探测（图5）。该FPCBs展现了出色的灵敏度、可靠性和耐用性。更重要的是，通过将TA-MC基板溶解在无害的医用酒精中，电子元件可以很容易地从FPCBs中分离出来（图6）。同时，由于残留的聚合物基板可以在土壤中降解成无毒物质，其可以安全地丢弃而造成环境污染。

  TA-MC水塑料的制造是基于一种在纯水中简单且可量产的溶液复合的方法，无需额外的添加剂。同时，TA-MC水塑料仍表现出优异的环境稳定性，优于最近报道的生物基塑料。通过设计构筑在可逆交联聚合物材料使役条件下具有优异稳定性，同时在非使役条件下（特定溶剂、自然环境）具有高解离效率的动态限域结构，他们有效解决了材料稳定性和可循环利用/降解性之间的矛盾。相信该研究可以激发可回收和可降解的FPCBs的设计新思路，为某些特定应用场景，例如一次性或低成本传感器和显示器等提供可持续的解决方案。

图2 TA-MC水塑料制备过程及动态纳米限域结构示意图。

图3 TA-MC水塑料的力学性能与环境稳定性。

图4 TA-MC水塑料可循环利用性与再加工性。

图5 以TA-MC水塑料为基板的电容式传感器应用

图6 基于TA-MC水塑料的FPCBs的无害化处理。

  以上研究成果近期以“Recyclable methylcellulose-based reversibly cross-linked hydroplastics with excellent environmental stability for use in flexible printed circuit boards capable of safe disposal ”为题发表在最新一期《Carbohydrate Polymers》上，论文的第一作者是在读博士研究生王志奇，通讯作者是吉林大学超分子结构与材料全国重点实验室的李懿轩副教授。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和吉林省自然科学基金面上项目的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123591