铁催化[2+2]丁二烯低聚反应生成的（1,n’-二乙烯基）低聚环丁烷，是一种可化学回收的新型聚合物。
随着橡胶和塑料垃圾与日俱增，科学家们越来越迫切地希望通过闭环回收来减少资源浪费。《自然·化学》杂志当地时间1月25日发文称，美国普林斯顿大学的研究人员利用制造轮胎和鞋子等普通商品的传统材料，发现了一种新的聚丁二烯分子，这种分子或可推动上述回收过程。
来自普林斯顿大学Paul J. Chirk实验室的研究团队发现，这种名为（1,n’-二乙烯基）低聚环丁烷的分子以重复的正方形序列链接，而这种此前从未实现的微结构使其得以在特定条件下发生解聚，变回原始单体，重复使用。
这次研究为解聚这一“不实用”化学转化过程提供了概念性先例。
过去，解聚过程不仅成本高、步骤复杂，还只能通过特殊的聚合物完成。如新研究一般，通过丁二烯这种常见的原材料完成解聚前所未有。丁二烯是化石燃料开发的主要副产品，储量丰富，常用于制造合成材料和塑料制品。
论文作者、埃克森美孚化学公司化学家Alex E. Carpenter说：“用一种已经被研究了几十年的普通化学物质制造出全新材料，这不仅是出人意料的收获，还是巨大的进步。Chirik发现的新分子具有革命性价值。人类擅长生产丁二烯。找到新分子的其他用途，具有重要的现实意义。”
在铁催化剂的作用下，丁二烯单体以正方形链接生成低聚环丁烷。随后，在铁催化剂作用的真空条件下，低聚环丁烷又逆转为单体。
博士后研究员Megan Mohadjer Beromi等完成了材料的表征工作。他们认为，新分子是遥爪聚合物，其两个端基都能够功能化。这一特性使其成为一种良好的构筑块，能作为聚合链段中其它分子之间的桥梁。
新分子也有良好的热稳定性，在250摄氏度左右高温下，它也不会迅速分解。
此外，即使在1000g/mol的低分子量下，新分子也表现出了很高的结晶度。这意味着工程师们可以在更低的质量下，制造出高强度材料。
Chirik说：“用这种单体，我们能够制造出真正坚实耐用的材料。人们的惯性思维是，化学可回收的聚合物必然是脆弱、不耐用的。我们的工作有力地回击了这个观点。”
在化学工业中，化学家们希望用少量构筑块制造出大多数商品。乙烯、丙烯和丁二烯是三种典型的构筑块。为满足最终产品（塑料、橡胶）的性能需求，构筑块往往需要相互混合，并加入多种添加剂。但在回收时，这些原料又必须重新分离，而分离所需的能量输入很高。
幸运的是，新研究表明，丁二烯聚合物的能量与单体大致相等，这为低能耗逆转反应方向创造了可能性，也使其成为闭环化学循环过程的理想候选分子。
研究人员对新分子的应用前景感到兴奋，并计划对这种可持续、可化学回收的材料进行更深入的研究。
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编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《自然·化学》
期刊编号：1755-4330
原文链接：https://phys.org/news/2021-01-advance-route-chemically-recyclable-plastics.html
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