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 當塑料被丟棄在環境中時會成為問題，這是他們待的最后一個地方。其實，塑料是一種具有巨大價值的資源，只是被草草扔掉太可惜了。因此，塑料需要重新再利用，理想情況下回收塑料經加工后的性能應該可以與塑料新料相媲美。

不可否認，這是一個挑戰，因為回收塑料中有許多不同類型和不同種類的塑料混合物，要制造出具有和新料制品相同品質的塑料產品并不容易。來自加利福尼亞大學勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家們提出了一個巧妙的想法，有望成為解決這一難題的方法。他們正在研發一種塑料，就像一組樂高一樣，其成分可以在分子水平上分離開，然后可以再次以新的形式、紋理和顏色重新組合在一起，而不會損失任何性能和質量。

塑料可以保護人們免受有害物質和細菌的侵害，從而可以制造極其輕巧、高性能的車身，并在風能和太陽能等可再生能源的創造方面發揮重要作用。這只是塑料潛在應用中的一小部分。簡而言之：聚合物材料是現有的最強大、多功能，適應性強和高效的資源之一。而它們如此不可或缺的原因是：塑料的成分可以精確定制，以滿足目標應用的要求。

塑料成功的部分關鍵原因是目前可用的各種不同類型的聚合物。然而，特殊組分和添加劑也至關重要，因為它們幫助材料制造商和復合材料科學家改變塑料的特性。添加劑有助于賦予塑料在目標應用中的重要性能。添加劑使塑料具有柔性和彈性、剛性和防火性能、極其堅韌和回彈性、鮮艷的色彩或抗菌性能。任何塑料制造商都會嚴格保密他的配方。雖然聚合物A和聚合物B之間的差異乍一看似乎微不足道，但它們對于應用來說意義重大，尤其是對公司的成功至關重要。

迎接挑戰

甲之蜜糖，乙之砒霜：市場上出售的各種不同塑料給回收商帶來了巨大的挑戰，特別是當他們要面對高質量應用的塑料回收時更是如此。在一定程度上，當僅加工由一種塑料組成的材料時，例如由熱塑性PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）制成的瓶子，這是可能的。當涉及僅具有微小差異的類似塑料的混合物時，“升級回收” ——即從回收物制造相同或更高質量的產品——已經被證明更加困難。

在這種情況下唯一的選擇是“降級回收” ——即生產質量較低的塑料。回收的塑料可以進行熱量再循環，例如，產生能量或熱量。這是一個久經驗證的解決方案，但對于溫室氣體排放并不理想。此外，由于會產生有毒化學物質，一些塑料，如聚氯乙烯（PVC），并不能焚燒處理。

材料科學家不僅在提高回收水平，而且在優化回收潛力方面也在不斷努力。在這種情況下，他們不僅僅依賴于專家的實踐經驗和專業知識。只有通過塑料制造商、復合材料科學家、加工商和回收商之間的充分有效合作，才能大幅提高回收水平。在這種情況下我們需要回答很多問題：例如，為塑料提供示蹤劑是否有意義，借助分析工具是否可以更精確地識別和分選出不同種類的塑料？或者是否應就減少使用不同類型塑料的數量達成協議？答案并不明確。

來自美國加利福尼亞大學勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的Brett Helms和Peter Christensen等科學家們正在采用一種有趣的方法來生產耐用的和各方面來說都更具可持續性的塑料。Brett Helms、Peter Christensen和他們的同事們正在研究一種聚合物材料——簡單來說——就像一組樂高一樣，它可以呈現出最簡單的組分，然后一次又一次地重新組合在新的和不同的形式，而紋理和顏色沒有任何性能或質量損失。

綜合的可回收性能

Peter Christensen說：“在制造大多數塑料時，很少有人會考慮可回收性。”此外，通常需要太多的能量和金錢來將回收塑料重新加工為和新料相當的水平。伯克利實驗室團隊現在聲稱已經找到了一種回收塑料的方法，因為它基本上是在分子水平上，通過將塑料完全分解成單獨的成分，然后再次智能地將它們重新組合在一起，以完全創造一些全新的東西。

所有塑料都是聚合物，即它們由基于含碳（單體）的化合物的大分子組成，并由大分子連接在一起形成分子鏈（聚合）。例如，塑料聚乙烯（PE）由許多單獨的乙烯分子（乙烯）交替組成，而聚丙烯（PP）單體是丙烯（丙烯）。這兩種情況涉及的物質 ——乙烯和丙烯——是通過所謂的蒸汽裂解從石油或天然氣中獲得的氣態可燃烴化合物。它們在催化化學反應過程中聚合。

遺憾的是，像PE或PP這樣的聚合物不能再循環到其原始單體狀態。當塑料含有一種以上的單體或添加劑時，再循環變得更加復雜。即使在分離之后，添加劑在某些情況下仍保持與單體緊密結合——它們一起被“拷”在一起 ——并且在進行再循環時它們依舊保持這種狀態。

回收過程一覽

在大多數情況下，回收工廠必須處理由具有不同性能特征的不同聚合物組成的塑料產品。例如，如果將硬質塑料、彈性塑料、無色塑料和彩色塑料混合在一起并磨碎，則回收過程的結果是一種原材料，很難說它將從原始塑料中獲取什么樣的性能。混合回收物的未知及不可預見的性能特點，使得制造需要某種指定特征的高質量產品具有很大的不確定性。當一個由再生塑料制成的可重復使用的購物袋最終磨損時，在大多數情況下，通過再次回收再生產新材料是不可能的。在其使用壽命結束時，它要么被焚燒，最多用于獲取熱量、電力或燃料，或者出現在垃圾填埋場，這在世界某些地區仍然是標準做法，在那里它會在外部化學和物理因素的影響下隨著時間而裂解。在最糟糕的情況下，塑料袋會進入大海并污染海洋環境。

用激勵措施增加收集意愿

我們需要激勵措施來阻止垃圾填埋場的塑料處理方式以及由此造成的環境污染——這些激勵措施必須具有意義，并對商品的附加價值產生積極影響。畢竟，如果回收物具有與新原料相同的質量，其生產出的塑料產品也和新原料制造的塑料產品具有相同質量，那么還有什么理由拒絕使用回收材料呢？

一個具體的例子：正如俗話所說，金錢不會從天上掉下來。這是對的，但是每一個不小心扔掉的PET瓶都代表著有價值的原材料的流失，所以收集和回收PET瓶是值得的。因為可以從純聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）再次生產諸如瓶子、薄膜或纖維之類的高質量產品。

讓我們繼續這一思路：盡管可再生資源的使用越來越多，但塑料主要來自石油。這意味著：使用過的PET在回收利用過程中的熱循環會導致氣體等排放，從而影響氣候。而這種排放在傳統焚燒過程中也會產生。與其他塑料相比，PET不是塑料混合物——它是一種純材料，可以比幾乎任何其他聚合物材料更有效地回收和加工成高質量的產品。

在德國，人們對收集PET瓶的興趣是通過引入押金系統引發的，這導致他們的回收水平高達98％！大約三分之一的回收瓶用于生產新的PET瓶，另外三分之一被加工成工業薄膜，五分之一被加工成紡織纖維。似乎PET回收物為回收公司提供了新的想法，例如使用舊的飲料瓶為學童生產背包、套頭衫、運動鞋、家具或汽車零件的薄膜表面。

創建一套可行的系統是值得的

安裝中央收集設施促進了回收PET瓶的業務，其中存放瓶在手動送入后被壓扁和壓縮。回收公司對材料進行分類和清潔，然后將其切成指甲大小的碎片，這些碎片被熔化并加工成顆粒——這是制造新的高質量塑料產品的基礎。工業推廣的進一步收集系統包括回收塑料窗型材或回收的農用薄膜。與此同時，科學家正致力于通過生物技術手段優化塑料回收過程，他們正在測試消化聚合物的細菌和酶，并將它們分解成基本成分。可以預期，這種跨學科合作將為未來創造新的就業機會。畢竟，塑料是具有附加價值的資源，如果進行適當分類，就可以成功回收利用。有效的回收利用將在未來變得越來越重要——順便說一句，這是今年10月K 2019展會的一個主題——并且目前的技術已經為高效回收奠定了基礎。接下來話題會回到美國加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的Brett Helms和Peter Christensen所進行的開發。

從內到外的回收

Brett Helms，Peter Christensen及其同事已經發現，并可以一次又一次地回收而不損失性能的塑料被稱為聚二酮烯胺（PDK）。PDK由許多三酮以及芳族或脂族胺組成，而水是唯一的副產物。科學家能仔細研究這種叫做PDK的可持續塑料在很大程度上是一種巧合，當伯克利科學家將各種酸放入用于生產PDK基粘合劑的容器中時，就會發生這種情況。

PDK在與酸接觸時改變了結構。科學家很好奇，想知道玻璃杯究竟發生了什么，以及如何解釋這種轉變。因此，他們通過核磁共振光譜分析了樣品的分子結構。他們發現聚二酮烯胺的聚合物結構已完全分解為原始單體。進一步的試驗表明，PDK不僅在酸的作用下分解成單體;所有添加劑也都與單體分離。研究科學家最終使用其回收的PDK單體生產出一種新型聚合物。這項操作很成功，完美沒有保留原始PDK的顏色或其他特性。

循環經濟的重要發現

伯克利的科學家們深信，他們的新型可回收塑料可能會成為目前使用的許多不可回收塑料的良好替代品。“當我們需要考慮將來回收工廠現代化所需的基礎設施，以便將來分類和處理廢物時，我們正處于關鍵時刻。”Brett Helms說。他指出，如果這些工廠的設計能夠像實驗室實驗那樣完全回收和加工PDK和類似的塑料，那么在可預見的未來，塑料將不會最終出現在垃圾填埋場或垃圾環境。他認為他們的發展表明，在向后思考過程中開發和生產的塑料可以徹底完全地回收利用。下一階段，研究科學家打算開發具有廣泛熱性能和機械性能的PDK塑料，把它們用于紡織品、3D打印和泡沫塑料等不同應用，同時，他們還在通過植物和其他可持續來源的材料補充配方。