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  廢舊塑料循環利用是緩解生態環境危機和實現塑料循環經濟的重要途徑。其中，機械回收因其可規�；统杀拘б妫廊皇翘幚�廢舊塑料的主要工業方法。然而，傳統機械回收在處理混合塑料時往往面臨因相分離導致的性能下降，即“降級回收”問題。

  在前期研究中，中國科學技術大學陳昶樂/鄒陳團隊設計了一種訂書機策略（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 19449-19459）以及超分子動態交聯策略（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 24747-24758）來改善混合塑料的相容性并實現簡單高效的增容回收。為了進一步探究超分子動態交聯劑在不同比例的二元共混體系以及彈性體增韌三元體系中的協同機制，中國科學技術大學陳昶樂教授團隊成員，鄒陳副研究員與陳佳偉博士后以《In Situ Compatibilization of Polyethylene/Polypropylene Blends Enabled by Supramolecular Dynamic Crosslinking for Efficient Upcycling》為題，在國際高分子權威期刊Macromolecules上發表了最新研究成果。

圖1. 超分子動態交聯助力聚乙烯/聚丙烯混合塑料高效回收。

  這種超分子動態交聯策略通過在反應性擠出過程中，將含有超分子單元的小分子交聯劑經自由基反應接枝到聚乙烯/聚丙烯主鏈上，原位構建動態交聯網絡，從而實現對混合塑料的高效增容（圖1）。值得注意的是，該交聯劑不僅能在兩相界面發揮作用，還能在三元共混體系中與彈性體相協同調控微觀形貌，顯著提升材料韌性。這一策略有效緩解了對商業增韌劑的依賴，為復雜聚烯烴廢棄物的升級回收提供了一種低成本、高效的解決方案。

圖2. 超分子動態交聯劑在不同比例HDPE/iPP共混體系中的增容性能。

  首先，作者使用小分子交聯劑（M1）對不同質量比（70:30，50:50，30:70 wt %）的HDPE/iPP二元共混物進行增容與回收研究。通過雙螺桿擠出機制備了一系列共混物，并系統評估了材料的拉伸性能（圖2a）。在HDPE/iPP（70:30 wt %）共混物中僅添加2 wt %的動態交聯劑后，其韌性便提高了34倍。此外，得益于優化的加工參數及接枝共單體對氧化降解的抑制，所得共混物并未出現多重氫鍵體系通常伴隨的顏色變深風險。正如預期，純HDPE/iPP共混物（50:50和30:70 wt %）表現出較差的機械性能，斷裂伸長率均低于80%（圖2b和c）。當加入1–3 wt %的小分子交聯劑后，HDPE/iPP（50:50 wt %）共混物的斷裂伸長率分別提高至282%、429%和235%。HDPE/iPP（30:70 wt %）共混物也表現出類似的改善趨勢。在所有共混比例的體系中，添加2 wt%的M1均展現出最優的增容效果（圖2d和e），這表明該添加量在有效構建動態交聯網絡與抑制反應擠出潛在副反應之間實現了最佳平衡。

圖3. HDPE/iPP共混物在不同剪切頻率下的流變學性能。

  隨后，作者利用流變學深入剖析了不同比例HDPE/iPP體系的熔融接枝行為（圖3）。盡管M1對所有組成比例的共混物均能有效增容，但韌性提升的幅度隨PP含量的增加而降低。這種依賴于組成的性能表現表明，聚合物基體的結構對接枝反應的效率有顯著影響。未改性共混物呈現線形聚合物的典型行為；引入動態交聯組分后，各反應性共混物低頻區的儲能模量（G''''）均發生顯著偏離，證實了接枝共聚物與長鏈支化結構的形成。其中，富PE體系（70:30 wt %）的儲能模量（G''''）偏離最顯著。從機理上看，HDPE亞甲基奪氫生成的自由基更穩定，且iPP能有效抑制HDPE自交聯；相反，iPP叔碳自由基易發生β-斷裂。因此，高HDPE含量更有利于促進有效接枝而非降解。復數粘度（η*）的剪切變稀現象進一步印證了界面的強化，且70:30 wt %體系的粘度偏離最大，這與力學性能結果高度吻合。同時，高頻區曲線的重合表明iPP基體分子量在加工中損耗較小，降解副反應被有效抑制。

圖4. HDPE/iPP共混物的原子力顯微鏡圖像及對應粒徑分布圖。

  進一步地，作者研究了小分子交聯劑對HDPE/iPP共混物相分離行為的影響（圖4）。原子力顯微鏡（AFM）圖像顯示（圖4a和b），未改性HDPE/iPP（70:30 wt %）共混物的HDPE基體中分布著粗大的iPP相區（平均直徑D_av = 2.8 μm）。經小分子交聯劑改性后，其形貌轉變為相區更�。�D_av = 1.2 μm）、界面粘附性更優的相分離結構（圖4c和d），且透射電子顯微鏡（TEM）表征也證實了這一增容效果。在相分離最嚴重的50:50 wt %體系中，未改性iPP相區的平均直徑高達9.1 μm，而引入M1后，形貌被顯著抑制并轉化為相區更小（2.6 μm）的共連續結構。在30:70 wt %體系中，PE相區尺寸同樣由2.9 μm縮減至1.6 μm。形貌的全面改善證實了M1有效降低了界面張力，從而在熔融加工中抑制相分離。特別值得指出的是，50:50 wt %體系在改性前后的形貌反差最為劇烈，這與拉伸韌性的變化趨勢高度吻合，充分證明了界面優化與形貌調控是實現材料宏觀力學性能躍升的關鍵。

圖5. 超分子動態交聯策略在廢舊聚烯烴混合塑料中的應用。

  如上所述，作者發展的超分子動態交聯策略，實現了不同比例HDPE/iPP混合塑料的高效回收。為了進一步證明這種策略的普適性，作者研究了現實場景中消費后廢舊塑料的回收，收集了任意比例的消費后廢舊塑料（rPE-rPP），并將其造粒為成分比例未知的混合廢舊聚烯烴顆粒（圖5）。隨后，將小分子交聯劑（M1）加入到這些混合廢舊共混物顆粒中，僅需添加2 wt %的M1即可克服復雜組分干擾，使材料拉伸韌性提升4倍（圖5a和b）。為闡明復雜多相體系中的增容機理，研究了M1對POE（聚烯烴彈性體，一種廣泛使用的工業改性劑）增韌共混物的影響。將POE簡單地物理添加到rPE-rPP共混物中（rPE-rPP/POE，95:5 wt %），與未改性的rPE-rPP相比，拉伸韌性僅提高了1.5倍，同時應力降至12 MPa。然而，當在rPE-rPP/POE（95:5 wt %）三元共混物中加入2 wt %的M1后，其應力和韌性均顯著提高（15.5 MPa和8.6 MJ/m³）。這種超越簡單加和的效應，印證了動態網絡與彈性體相間的協同作用。

  塑料的多次回收再利用是解決塑料污染最具成本效益的途徑之一。為此，作者系統研究了超分子動態交聯策略在廢舊PE/PP混合塑料重復加工中的應用，即使經過5次加工循環，拉伸韌性仍保留了初始值的70%以上（圖5c和d）。綜上所述，作者證實了超分子動態交聯策略不僅能高效處理成分不明的消費后混合聚烯烴，還能調控復雜三元體系中的相形態，為廢舊聚烯烴的高值化機械回收提供了一種穩健的解決方案。

  這一研究成果發表在國際權威期刊Macromolecules雜志上，論文第一作者為中國科學技術大學陳昶樂教授團隊博士生陳禹和博士后王文兵，通訊作者為該研究團隊副研究員鄒陳和博士后陳佳偉。該工作得到了國家自然科學基金(52473338)，中科院戰略性先導科技專項(XDA0540000)和安徽省科技創新攻關項目(202423i08050025)的支持。感謝中國科大理化科學實驗中心核磁機組提供的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02954