混合聚酯废料定向解构产物在杂化聚酯重构中的应用：商品塑料再生中的容忍窗口研究

本研究针对混合聚酯化学回收中单体分离高能耗难题，创新性提出通过容忍EG/BDO混合单体直接合成杂化聚酯PBET/PBEAT的策略。通过TEA分析证明降低分离纯度可节省3-4倍能耗，核磁与流变学证实材料保持高摩尔质量（~100 kg mol?1 ）和优异力学性能（PBET拉伸强度~30 MPa）。该研究为闭环回收体系提供了经济可行的新范式。

　　

在全球塑料污染危机背景下，聚酯材料的化学回收被视为实现循环经济的关键路径。传统回收策略要求单体分离纯度高达99%以上，而乙二醇(EG)与1,4-丁二醇(BDO)的沸点接近(197°C vs 230°C)，蒸馏分离需消耗大量能源。更棘手的是，随着生物可降解聚酯PBAT市场扩张，未来废物流中EG/BDO混合问题将愈发突出。

针对这一瓶颈，研究人员开展了一项突破性研究。通过技术经济分析(TEA)量化发现：将EG/BDO分离纯度从99%降至95%，能耗可降低66%，设备成本减少40%。这促使研究者重新思考聚酯合成的"高纯度教条"——是否允许一定比例单体混杂来换取工艺经济性？

研究团队选择PET、PBT、PBAT甲醇解产物为模型，设计了三组EG:BDO混合比例(99:1、95:5、90:10 mol%)模拟不同分离强度，通过熔融缩聚合成杂化聚酯PBET(聚丁烯-共-乙烯对苯二甲酸酯)和PBEAT(聚丁烯乙烯己二酸-共-对苯二甲酸酯)。核磁共振(¹³
C NMR)揭示有趣现象：由于BDO更高沸点，最终聚合物中BDO含量是投料比的2倍(如10%投料得20%产物)，而EG则呈现5倍抑制(10%投料仅得2%产物)，这种"挥发性偏差效应"形成天然纯化机制。

材料表征显示杂化聚酯保持优异性能：PBET-2(8% BDO)熔点仅比PET低13°C(232°C vs 245°C)，拉伸强度达36.5 MPa；PBEAT-3(2% EG)断裂伸长率保持587%。更关键的是，将5% PBEAT与95%商品PBAT共混后，材料拉伸韧性反提升7.4%，零剪切粘度增加76%，扫描电镜未观察到相分离。这表明杂化聚酯可无缝整合入现有生产体系。

该研究首次系统论证了聚酯回收中"适度不纯"的可行性，为设计"宽容性"化学回收工艺提供理论框架。通过建立单体混杂-性能关系图谱，证明10%以内的EG/BDO混杂仍可制得高性能材料，而分离能耗可降低300-400%。这种"以材料性能换工艺经济性"的创新思路，对推动塑料循环经济具有里程碑意义，相关成果发表在《Resources, Conservation and Recycling》。

关键技术方法包括：1) Aspen Plus V14模拟EG/BDO蒸馏工艺；2) 熔融缩聚合成杂化聚酯(180°C/16h→240°C/2h→280°C/6h/2Torr)；3) 核磁共振(¹
H/¹³
C NMR)定量共聚物组成；4) 同步辐射SAXS/WAXS解析晶体结构；5) 旋转流变仪测定零剪切粘度(η₀
)。

主要研究结果：
2.1 能源与经济激励
蒸馏模拟显示：获取99%纯度EG需4.2 GJ h^?1
能耗，而95%纯度仅需1.4 GJ h^?1
，设备成本从2.1M降至0.9M。

2.2 混合单体流影响
GPC测得PBET-1分子量达98.7 kg mol^?1
，远超商品PET(25.7 kg mol^?1
)，证明混杂单体仍可实现高聚合度。

2.3 结构表征
¹³
C NMR显示低BDO掺杂(2-8%)形成无规共聚物，高掺杂(20%)出现PBT嵌段，而PBEAT中EG≤2%时晶体结构不变。

2.4 热性能
PBET-3因20%BDO使T_m
降低27°C，但PBEAT-3的T_m
反升高8°C，表明EG混杂对PBAT热稳定性影响更小。

2.5 力学与流变性能
PBET-2零剪切粘度(1287×10³
cP)是商品PET的4.5倍，证实高分子量优势；PBEAT共混物断裂能提升至44.8 MPa。

结论部分强调，该研究颠覆了聚酯再生必须高纯单体的传统认知，建立"性能-纯度"权衡模型：PET容忍≤8% BDO，PBAT容忍≤2% EG。通过计算，若全球10%PET采用该策略，年减碳量可达800万吨。研究还指出未来需考察染料/添加剂影响，为工业级废塑料回收提供更完整解决方案。这种"宽容性设计"理念可扩展至其他可回收聚合物体系，加速塑料循环经济转型。