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【导语】塑料轻便耐用，应用广泛，但传统高性能塑料的生产依赖石油资源，且回收难度大，污染环境。近日，美国康奈尔大学的研究团队开发出一种新型塑料，不仅摆脱了对石油的依赖，还能实现零污染回收。这种塑料的神奇之处何在？它真的能引领我们告别塑料污染吗？本文将为您揭示这一创新技术的奥秘与挑战。

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塑料轻便耐用，不仅在日常生活中随处可见，还被广泛应用于高科技领域。像飞机零件或心脏支架这样的高性能塑料，既坚固，又耐高温，但是他们的生产依赖不可再生的石油资源，而且化学结构太稳定，导致回收难度大，通常只能焚烧或填埋处理，污染环境。让人不禁想：如果有一种塑料，生产不依赖石油，又能零污染回收就太好了。

最近，美国康奈尔大学的科学家们开发了一种神奇的新型塑料，完美符合了这些要求。这种塑料为什么不需要石油，又能零污染回收？我们真的能告别塑料污染了吗？

要理解这项新突破，我们先需要了解塑料的化学本质。

塑料的特性由它的化学结构决定。传统高性能塑料的制造过程是先让单体小分子聚合成长链，再通过化学键形成类似“钢筋骨架”般的交联网络。交联越密集，塑料的硬度和耐热性就越高。然而，传统工艺中长链的生长和交联是同步进行的，科学家难以精准控制交联密度。此外，这些交联结构一旦形成就极难拆解，就像许多根随机缠绕在一起的耳机线，既无法控制打结的数量，也很难(nán)解(jiě)开(kāi)。所(suǒ)以(yǐ)无(wú)法(fǎ)有(yǒu)效(xiào)回(huí)收(shōu)再(zài)利(lì)用(yòng)，最(zuì)终(zhōng)只(zhǐ)能(néng)焚(fén)烧(shāo)或(huò)填(tián)埋(mái)。

美(měi)国(guó)康(kāng)奈(nài)尔(ěr)大(dà)学(xué)的(de)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)选(xuǎn)择(zé)了(le)一(yī)种(zhǒng)生(shēng)物(wù)基(jī)原(yuán)料(liào)——2,3-二(èr)氢(qīng)呋(fū)喃(nán)（简(jiǎn)称(chēng)DHF）。这(zhè)种(zhǒng)从(cóng)植(zhí)物(wù)纤(xiān)维(wéi)中(zhōng)提(tí)取(qǔ)的(de)小(xiǎo)分(fēn)子(zi)在(zài)20世(shì)纪(jì)50年(nián)代(dài)曾(céng)被尝试用于制造环保塑料，但因为成品太软而被淘汰。2023年，科学家发现聚合后的DHF仍具有可反应的化学基团，有潜力形成网络结构。用它作为原料，可以摆脱对石油原料的依赖。

研究团队首先利用了一种能够剪开并重组分子环的诺贝尔奖成果：格拉布斯第二(èr)代催化剂（简称G2）。用它对DHF进行处理，使其首尾相连聚合成柔软的长链。接着，通过另一种催化剂，在光照条件下激活长链上的(de)碳(tàn)-碳双键，这些双键就像“分子连接点”一样，能够与更多的DHF单体分子结合，形成交联的网络结构。

通过精准控制两种催化反应的时间，可以调整长链与交联结构的密度比例，从而决定材料的软硬程度。这种新型塑料能够适应从硅胶到飞机外壳的各种应用场景，最高可耐300摄氏度，而且由于软硬结构的巧妙结合，韧性比传统高强度塑料高出6倍。

除了性能优异，这种塑料的回收方式也非常灵活。

真空降解：在40摄氏度的真空条件下，塑料的DHF长链和交联结构会同时降解。

酸降解：使用盐酸可以只溶解柔软的长链，留下高密度的交联结构，适合制造更高硬度的产品；

氧化降解：在双氧水和二价铁离子的作用下，可以只降解交联结构，使长链比例增加，从而让塑料变得更软。

而且，降解的部分会变成原料，直接用于制造新的塑料。通过调整降解方式，废弃塑料也可直接转化为新产品。例如，将旧飞机外壳降解后，保留高强度交联结构，再加入新的长链，就能制成耐冲击的汽车零件。这不仅大大降低了新品再造的成本，且回收过程几乎零污染。

不过，尽管性能卓越，这种塑料仍有局限性。首先是毒性的问题。合成过程中使用的G2催化剂存在颜色深，毒性强的问题(tí)，可(kě)能(néng)会(huì)影(yǐng)响(xiǎng)在(zài)食(shí)品(pǐn)包(bāo)装(zhuāng)，生(shēng)物(wù)医(yī)疗(liáo)等(děng)领(lǐng)域的(de)应(yīng)用(yòng)。尽(jǐn)管(guǎn)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)通(tōng)过(guò)降(jiàng)解(jiě)步(bù)骤(zhòu)去(qù)除(chú)了(le)催(cuī)化(huà)剂(jì)，但(dàn)增(zēng)加(jiā)了(le)额(é)外(wài)的(de)工(gōng)序(xù)，生(shēng)产(chǎn)成(chéng)本(běn)上(shàng)升(shēng)，限(xiàn)制(zhì)了(le)规(guī)模(mó)化(huà)生(shēng)产(chǎn)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)。

其(qí)次(cì)是(shì)降(jiàng)解(jiě)的(de)问(wèn)题(tí)，当(dāng)材(cái)料(liào)的(de)交(jiāo)联(lián)网(wǎng)络(luò)密(mì)度(dù)过(guò)高(gāo)时(shí)，顽(wán)固(gù)的(de)三(sān)维(wéi)网(wǎng)络(luò)结(jié)构(gòu)会(huì)显(xiǎn)著(zhe)降(jiàng)低(dī)降(jiàng)解(jiě)效(xiào)率(lǜ)，无(wú)法(fǎ)实(shí)现(xiàn)完(wán)全降(jiàng)解(jiě)。在这种情况下，真空降解只能回收20%的DHF，仍有80%的塑料残留。即便三种降解方式轮流来一遍，也只能回收71%，有29%的塑料残留难以处理。

此外，生产过程中，由于交联步骤需要光照激活，光的颜色，亮度对塑料的性能影响很大。因此对于比较厚的，不透光的塑料，会导致产品质量不均匀，“外硬内软”，限制了在建筑材料等领域的应用。

最后， 虽然酸降解和真空降解是回收的前提，但也会影响这种新型塑料在弱酸环境和真空环境下的寿命，在酸雨地区和外太空很容易老化。

但这些问题并非无解。研究团队正在尝试使用低毒性催化剂以及探索更高效的降解手段，以提高塑料的可用性和回收的完整性。

如果这些问题能够解决，这项技术(shù)将(jiāng)真(zhēn)正(zhèng)颠(diān)覆(fù)塑(sù)料(liào)的(de)生(shēng)产(chǎn)和(hé)回(huí)收(shōu)模(mó)式(shì)，塑(sù)料(liào)的(de)污(wū)染(rǎn)问(wèn)题(tí)将(jiāng)迎(yíng)来(lái)革(gé)命(mìng)性(xìng)的(de)改(gǎi)变(biàn)。这(zhè)项(xiàng)新(xīn)技(jì)术(shù)的(de)出(chū)现(xiàn)，不(bù)仅(jǐn)为(wèi)解(jiě)决(jué)塑(sù)料(liào)环(huán)保(bǎo)回(huí)收(shōu)的(de)难(nán)点(diǎn)提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)的(de)思(sī)路，更(gèng)颠(diān)覆(fù)了(le)传(chuán)统(tǒng)的(de)材(cái)料(liào)设(shè)计(jì)逻(luó)辑(ji)——未(wèi)来(lái)的(de)塑(sù)料(liào)或(huò)许(xǔ)能(néng)像(xiàng)乐(lè)高(gāo)积(jī)木(mù)一(yī)样(yàng)，可(kě)以(yǐ)随(suí)时(shí)拆(chāi)解(jiě)重(zhòng)组(zǔ)；而(ér)当(dāng)产(chǎn)品(pǐn)的(de)寿(shòu)命(mìng)终(zhōng)结(jié)时(shí)，等(děng)待(dài)它(tā)们(men)的(de)不(bù)再(zài)是(shì)垃(lā)圾(jī)场，而是像按下重置键般开启新生。总有一天，塑料不再是环境问题的代名词，而是可持续循环经济的重要部分。

本文为·创作培育计划扶持作品

作者：高嘉祥 科普作者

审核：穆云松 中国人民大学化学与生命资源学院 副院长

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司