多層塑料材料已經(jīng)在食品和醫(yī)療包裝中得到了數(shù)千種應(yīng)用。它們能隔絕光線、氧氣和水分，防止無菌注射器污染，延長食品的保質(zhì)期。根據(jù)威斯康星大學麥迪遜分校的一份新聞稿，全球每年生產(chǎn)約1億噸多層熱塑性塑料——每層塑料由多達12層不同的聚合物組成。由于沒有辦法分離這些聚合物，幾乎所有的塑料最終都會被填埋或焚燒。威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師們開創(chuàng)了一種利用溶劑回收這些材料中聚合物的方法。這項技術(shù)被稱為溶劑靶向回收和沉淀（STRAP）處理，其概念證明已發(fā)表在2020年11月20日的《科學進步》雜志上。

在聚合物溶解度熱力學計算的指導下，通過使用一系列溶劑洗滌，威斯康星大學麥迪遜化學和生物工程教授George Huber和Reid Van Lehn及其學生使用STRAP工藝分離由聚乙烯、乙烯-乙烯醇和聚對苯二甲酸乙二醇酯組成的商用塑料中的聚合物。研究人員稱，分離出來的聚合物在化學上與制作原始薄膜的聚合物相似。

該團隊現(xiàn)在希望利用回收的聚合物來制造新的塑料材料，并證明這一過程有助于關(guān)閉回收循環(huán)。特別是，它可以使多層塑料制造商回收生產(chǎn)和包裝過程中產(chǎn)生的40%的塑料廢料。

“我們已經(jīng)用一種多層塑料證明了這一點，”Huber說，“我們需要嘗試其他多層塑料，擴大這項技術(shù)的規(guī)模。”

隨著多層塑料的復雜性增加，確定能作用于每種聚合物的溶劑的難度也隨之增加。這就是為什么STRAP依賴于Van Lehn使用的一種計算方法，稱為現(xiàn)實溶劑的導體狀篩選模型（COSMO-RS）來指導這個過程。COSMO-RS能夠計算出目標聚合物在不同溫度下在溶劑混合物中的溶解度，縮小了潛在溶劑的數(shù)量。使得該團隊可以實驗性地探索候選溶劑。

Van Lehn說：“這使我們能夠處理這些更加復雜的系統(tǒng)，如果你真的要在回收世界中有所作為，這是必要的。”

最終的目標是開發(fā)一個計算系統(tǒng)，讓研究人員能夠找到溶劑組合來回收各種多層塑料。該團隊還希望研究其使用的溶劑對環(huán)境產(chǎn)生的影響，并建立一個綠色溶劑數(shù)據(jù)庫，使他們能夠更好地平衡其功效、成本和環(huán)境影響。

該項目源于威斯康星大學麥迪遜分校在催化方面的專業(yè)知識。幾十年來，該大學的化學和生物工程研究人員開創(chuàng)了溶劑反應(yīng)的先河，將生物質(zhì)（如木材或農(nóng)業(yè)廢棄物）轉(zhuǎn)化為有用的化學物質(zhì)或燃料前體。這些專業(yè)知識大部分也轉(zhuǎn)化為溶劑型聚合物回收。

該團隊正在通過新成立的由多所大學組成的廢棄塑料化學升級循環(huán)中心繼續(xù)進行STRAP加工研究，該中心由Huber領(lǐng)導。