康奈爾研究團隊研發出首創耐用且可回收塑膠

研究人員運用二氫呋喃（DHF），研發出一種可回收、以生物為基礎的材料，用以取代熱固性塑膠。康奈爾大學的研究人員研發出一種可回收的材料，用來替代熱固性塑膠。熱固性塑膠是一類耐用的材料，常見於汽車輪胎、人工髖關節及保齡球等物品中。

熱固性塑膠的特徵在於其交聯聚合物結構，這種結構賦予了材料卓越的強度和耐用性。然而，正是這種結構，使得以石化原料為基礎的傳統熱固性塑膠（佔所有生產聚合物的15%至20%）難以回收。康奈爾大學化學及化學生物學教授佈雷特·福斯表示，目前全球的熱固性材料回收率為零，它們不是被焚燒，就是被填埋。

福斯實驗室為因應這一環境挑戰，研發出一種以生物材料製成的替代材料。這種材料兼具交聯熱固性塑膠的耐用性和可塑性，且易於回收和降解。論文第一作者、化學領域博士生里根·德雷林表示，從製造到再利用的整個過程，都比現有材料更環保。該論文已發表在《自然》雜誌上。

福斯研究團隊聚焦於二氫呋喃（DHF），它是一種單體（即化學構建單元），可由生物材料製成，最終有望與石油基原料一較高下。德雷林以具有雙鍵的環狀單體DHF作為兩次連續聚合反應的構建單元，第二次聚合反應生成的交聯聚合物可透過加熱回收，且能在自然環境中自然降解。

DHF熱固性塑膠展現出與商用熱固性塑膠相當的效能，比如高密度聚氨酯（常用於電子儀器、包裝及鞋類等）和乙丙橡膠（常用於花園軟管和汽車防水條等）。福斯指出，與現有的石化熱固性塑膠相比，基於DHF的材料實現了迴圈經濟。這種材料可化學回收，重新變回其構建單元單體，並可再次從頭使用。而且，當部分材料不可避免地漏入環境中時，它們會隨著時間降解成無害成分。

研究人員正著手探索其應用領域，包括使基於DHF的材料能用於3D列印。他們也在進行實驗，嘗試透過新增其他單體來拓展材料的效能。福斯說：「過去100年，我們一直試圖製造永恆耐用的聚合物，但我們意識到，這其實並非好事。如今，我們正在研發可在環境中降解、非永恆耐用的聚合物。」

參考文獻：Reagan J. Dreiling、Kathleen Huynh和Brett P. Fors於2025年1月29日發表在《自然》雜誌上的「Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer」。論文DOI：10.1038/s41586-024-08386-w 。

該研究由美國國家科學基金會資助。