强力胶可以让塑料回收变得更容易

人类有史以来最伟大的发明之一源于偶然。那是 1942 年，珍珠港事件发生后，美国刚刚加入第二次世界大战。随着美国人参战，各大公司都在想方设法为战争提供帮助。当时，纽约州罗切斯特的伊士曼柯达公司想出了一个主意，制造一种塑料枪瞄准器，以提高盟军士兵的瞄准能力。在尝试制造这种瞄准器的过程中，化学家亨利·库弗发现了一种名为乙基氰基丙烯酸酯的化合物的粘性，这种化合物最终成为了强力胶。

库弗放弃了将乙基氰基丙烯酸酯转化为塑料的努力，转而专注于将该产品开发为速干胶。但其潜力仍然存在。强力胶具有制造塑料所需的化学单体——只需有人想办法防止它立即与其他表面粘合。现在，一项发表在《科学进展》杂志上的研究详细介绍了一种新方法，可以很容易地将强力胶转化为可重复回收的塑料。虽然它可能有潜力取代不可生物降解的塑料，但一些聚合物专家警告说，它可能会在制造过程中引入不同类型的污染。

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爱达荷州博伊西州立大学的研究生助理、新研究的首席作者艾莉森·克里斯蒂说，强力胶可以与许多不同的材料发生反应。如果你要制造粘合剂，这是理想的选择，因为它会产生增加弹性的短聚合物。然而，对于塑料制造来说，你需要长聚合物来保持耐久性。

强力胶面临的第一个挑战是延长其反应时间。要制造长聚合物，需要更长的反应时间。作者筛选了弱键合物质（在化学中称为引发剂）和共反应物，这些物质一旦与强力胶接触就不会产生新的化合物。他们最终决定使用丙酮作为引发剂，并加入少量二甲基亚砜 (DMSO)，这是一种无色液体，可溶解大多数有机和无机化合物。

团队需要解决的另一个问题是在哪里引发反应。由于强力胶几乎可以粘在所有东西上，他们需要一个不会与氰基丙烯酸乙酯发生反应的容器，这样他们就可以取出塑料而不会粘在容器壁上。解决方案：特百惠。“强力胶不能很好地粘在聚丙烯和聚乙烯等材料上”，而这些是特百惠的主要塑料，博伊西州立大学材料科学与工程教授、这项研究的作者斯科特·菲利普斯 (Scott Phillips) 说。

接下来，该团队想出了一种反应，可以减缓强力胶的反应性，延长分子之间的粘合时间，并产生更长的聚合物。一旦他们得到了最终的塑料——聚乙基氰基丙烯酸酯或 PECA——他们就必须努力加强它。克里斯蒂通过退火物质或加热 20 到 30 分钟来改善其机械性能。PECA 的热性能还使研究人员能够将塑料模制成不同的形状，例如碗。

最后一步侧重于可持续性。研究人员希望设计一种可以转化回原材料的塑料，从而创建一个减少浪费的闭环系统。为此，他们将 PECA 加热到 410 华氏度，以打破将聚合物结合在一起的键，同时使用一种名为五氧化二磷的脱水剂来去除任何意外形成的水。

这个过程使原始单体的产率达到 93%——这是一个“相当令人震惊”的结果，菲利普斯说。“超级胶水单体反应性非常强，我以为它会与所有物质发生反应。但它也是挥发性的，所以在这种加热条件下，它会蒸发，并立即与它通常会与之反应的所有物质分离。”由于丙酮和 DMSO 等材料价格低廉且容易获得，克里斯蒂预计如果在工业环境中进行，产率会更高。

密歇根州立大学化学工程与材料科学教授、生物塑料专家拉马尼·纳拉扬 (Ramani Narayan) 表示：“这是一篇关于合成新型聚合物的有趣论文，可能为塑料应用提供有用的特性。”他没有参与这项研究。然而，他警告说，PECA 可能存在与其他不可降解塑料相同的问题，可能会脱落在环境中积累的微塑料。

这并不是纳拉扬唯一担心的污染问题。他说，反应步骤之一涉及蒸发丙酮等化学物质，这反过来又会导致残留溶剂排放到空气中。这可能是制造工厂的一个问题，这些工厂对挥发性有机化合物的排放有严格的规定。此外，纳拉扬指出，制造氰基丙烯酸乙酯所需的两种成分是氯乙酸和氰化钠，它们“通常被认为对人类健康不安全，也不环保”。

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这项研究确实提出了一个重要问题：处理塑料的最佳方法是什么？目前，全球塑料总量估计为 83 亿吨。尽管环保行动鼓励人们减少、重复使用和回收利用，但约 79% 的塑料仍被填埋，因为它们不可回收。例如，聚苯乙烯是一种难以分解的石油基塑料。然而，它是一种常见且用途广泛的塑料，用于酸奶杯和一次性勺子等日常用品。该研究的作者指出，它占塑料垃圾总量的 6%。菲利普斯解释说：“如果人们可以在各种应用中用 [PECA] 代替聚苯乙烯，理论上应该可以减少 6%，因为我们可以将 [塑料] 回收成原材料。”

“我们无法完全摆脱塑料。这是不可能的。它是社会最有价值的材料之一，”克里斯蒂补充道。“如果我们能采用创造性的方法，重新思考塑料和我们周围的其他一些材料，就会有值得追求的解决方案。”