专家视角：高分子材料可持续发展的路径和策略

废弃聚合物材料造成的资源浪费和生态压力，使得探索可持续发展路径成为全球共识。四川大学王玉忠教授在《Engineering》杂志发表题为“Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials”的观点文章，系统地概述了聚合物材料绿色发展的多条途径，并为建立覆盖整个材料生命周期的循环系统提供了战略建议。

图1.聚合物材料的可持续发展与回收概述

这篇文章从资源和环境两个维度探讨了这一主题。在原料方面，利用可再生生物质资源合成生物质基聚合物材料能够有效降低对化石资源的依赖，并减少碳排放。然而，由于石油基聚合物已有的成熟产业链和成本优势，生物质基材料的大规模应用面临挑战。作者指出，生物质基材料必须实现功能上的可替代性或优越性，才能促进其广泛应用。此外，以二氧化碳作为原料制备聚合物材料不仅有助于实现碳达峰和碳中和目标，还有助于减少化石资源的消耗。不过，二氧化碳的热力学稳定性和动力学惰性给其高效转化带来了技术难题，需要开发新型、更低碳和节能的转化方法。

图2.聚合物材料的主要回收方法

关于废聚合物材料的回收利用，该文章提出了理想回收方法应满足的三个基本标准：

（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。

对于未来可回收聚合物的设计，本文总结了两种主要策略。第一种策略是设计并合成新型聚合物，使其兼具出色的使用性能和完全解聚的能力。第二种策略则是通过在主链中引入少量共聚单体单元来对现有聚合物进行改性，旨在保持或增强原有性能或添加新的功能，同时赋予聚合物完全解聚为单体的能力，从而实现闭环化学回收。

针对在难以收集一次性聚合物材料的情况下处理这些材料的难题，该文章强调生物降解是一种重要的补充手段。王玉忠教授于 2011 年首次提出了“可反复化学循环生物降解聚合物”的概念，近年来这一概念越来越受到关注。文章概述了理想的一次性应用聚合物应满足的五个条件：

（1）在温和条件下实现高产率单体回收，并且这些单体无需分离或提纯即可重新聚合，从而建立一个闭环化学循环；

（2）在土壤、淡水和海水等自然环境中完全生物降解，并最终转化为二氧化碳、水或对人类健康和环境无害的物质；

（3）成本和综合性能与相同应用中的传统聚合物材料相当；

（4）降解速率可调，以使使用寿命与处置时间相匹配；

（5）只要有可能，其单体应源自可持续来源的可再生生物质基原料，从而实现更低的碳排放和环境优势。

此外，该文章指出，通过非共价相互作用和动态共价键构建的交联聚合物具有动态可逆性，赋予了它们可再加工性和化学可回收性。这为解决塑料污染和废聚合物材料问题开辟了重要的新途径。

王玉忠教授提出的可持续发展路径构建了一个涵盖整个材料生命周期的绿色循环系统，从资源替代、废弃聚合物材料的回收以及新型可回收聚合物材料的设计三个层面展开。这篇观点文章为该领域提供了一个系统且具有指导意义的框架。

论文信息：

Yu-Zhong Wang. Pathways Toward the Sustainable Development of Polymeric Materials. Engineering.

开放获取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.12.031

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