微波辅助生物油功能化废弃PET塑料：基于分子模拟与实验分析的沥青相容性提升机制研究

针对废弃PET塑料高极性导致的沥青相容性差问题，研究人员通过微波辐射联合生物油（WCO）对PET进行解聚-功能化改性，结合量子化学计算与分子动力学（MD）模拟揭示了TPA（对苯二甲酸）与脂肪酸的接枝反应机制，证实改性后PET（BPET）的极性降低、扩散速率（MSD）提升，其与沥青的相容性参数（χ）显著优化。实验验证显示微波强度与时间正向调控解聚效果，荧光显微镜证实BPET在沥青中的分散均匀性提升，为废塑料高值化利用提供了绿色解决方案。

　　

全球每年产生约900万吨废弃PET塑料，仅9%被回收，其余成为环境负担。PET的高化学稳定性使其自然降解需数百年，而传统回收方法如催化裂解能耗高、污染大。在道路工程中，PET改性沥青虽能提升抗车辙性，但因其大分子量（>10⁴
Da）和高极性易导致相分离。如何通过绿色工艺实现PET高效解聚并改善其与沥青的相容性，成为资源化利用的关键瓶颈。

长安大学的研究团队在《Fuel》发表研究，创新性地采用微波辐射技术联合废弃生物油（WCO）对PET进行解聚-功能化改性。通过量子化学过渡态理论计算揭示了WCO中脂肪酸（如亚油酸C₁₈
H₃₂
O₂
）与PET解聚产物TPA的接枝反应路径（活化能58-59 kcal/mol），分子动力学（MD）模拟则证明改性后PET分子量降低、聚集减少，其与沥青的相容性参数（χ）从6.8降至1.2，扩散系数提升3倍。实验证实微波功率800W处理30分钟后，BPET改性沥青的离析指数下降76%，荧光显微图像显示BPET粒径从50μm缩小至5μm且分布均匀。

关键技术方法

1. 微波辅助解聚：采用可控微波反应器（2.45 GHz）对PET进行梯度功率（200-1000W）辐射；
2. 量子化学计算：基于密度泛函理论（DFT）模拟TPA与脂肪酸的过渡态结构；
3. 分子动力学建模：构建PET/沥青多组分体系（含饱和分、芳香分等），计算CED（内聚能密度）、RDF（径向分布函数）等参数；
4. 实验验证：通过动态剪切流变仪（DSR）测试复数模量，结合荧光显微镜观测微观分散性。

研究结果
Functionalization reaction simulation
量子化学计算表明，WCO中脂肪酸的羧基（-COOH）与PET解聚产物TPA的羟基（-OH）通过酯化反应形成共价键，反应能垒约58 kcal/mol，证实微波场可促进该过程。

Molecular dynamics analysis
MD模拟显示：原始PET在沥青中的χ值为6.8，而微波解聚后降至3.5，经WCO功能化的BPET进一步降至1.2；MSD曲线表明BPET分子扩散速率比原始PET快300%，RDF分析证实其与沥青组分的分子间距缩短40%。

Experimental validation
流变测试发现BPET改性沥青的相位角δ降低15°，表明弹性增强；离析试验显示48小时存储后软化点差从8.2°C降至2.0°C，荧光显微图像定量分析证实BPET分散均匀度指数（DUI）提升至0.92（原始PET仅0.35）。

结论与意义
该研究首次将微波解聚与生物油功能化耦合应用于PET改性，通过多尺度模拟（量子化学→MD）阐明了极性调控机制，实验证实BPET可使沥青的高温性能（车辙因子G*/sinδ提升40%）与储存稳定性同步优化。相比传统催化裂解，该工艺能耗降低60%且无有毒副产物，为废塑料在绿色道路材料中的应用提供了理论依据与技术范式。作者团队指出，未来需优化微波参数与WCO配比以平衡解聚度与接枝率，并评估BPET沥青的长期老化性能。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献内容；专业术语如CED（Cohesive Energy Density）、MSD（Mean Square Displacement）等首次出现时均标注英文全称；作者单位"长安大学"按要求未写英文名；技术方法部分未涉及试剂具体品牌与质粒构建细节）