在过去的几十年里，聚合物的不断增加的使用支持了许多经济部门的快速经济增长。由于其重量减轻和易于调节的特性，聚合物材料被广泛用于各种应用，例如汽车工业、包装和消费品制造。
到 2040 年，现代经济中塑料的使用量预计将从目前的水平翻一番，达到惊人的每年 8 亿吨。垃圾填埋场和焚烧不再被视为循环经济中塑料报废处理的可行选择、聚合物回收、材料回收和升级回收对于尽量减少工业塑料对环境的影响至关重要。
自降解聚合物减少塑料垃圾
环境的主要问题是现代高分子材料的耐用性和稳定性。与纤维素、甲壳素等多种生物材料相比，聚合物不易被微生物分解，对环境造成严重污染。大塑料碎片可以被动物摄入，而微塑料和纳米塑料存在于我们周围的所有环境中，会危害人类和生态系统的健康。
虽然机械和化学回收，如溶剂分解(用溶剂和试剂处理聚合物，导致解聚)和热解，正在工业规模上使用，但生物化学和光化学聚合物降解和回收的可能性仍然相对未开发。
在过去十年中，以环境友好的方式开发消费后聚合物的降解和升级回收策略，不留下碎片或有害产品，已成为众多工业和学术研究小组的焦点。
揭示共轭聚合物的潜力
由中国武汉华中科技大学的科学家罗亮和本中堂教授领导，最近创造了一种新型的可自降解共轭聚合物，当暴露在阳光和空气中时，它会迅速分解，而不会在环境中留下任何微塑料碎片。
共轭聚合物表现出与无机半导体相似的光学和电学特性——良好的热稳定性、高导电性和在受到电流时可逆的颜色变化(电致变色行为)。
共轭碳链由交替的单键和双键组成，其中高度离域的 π 键(由相邻碳原子上的 p 轨道重叠形成)负责材料的电学和光学特性。离域电子由聚合物主链上的所有碳原子共享，并成为实现导电的电荷载流子。典型的导电聚合物包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。
结合与传统聚合物相关的吸引人的特性，如易加工性、低成本和重量轻，共轭聚合物独特的光学和电学特性使其应用范围迅速扩大，包括：
电致变色器件
有机发光二极管 (OLED)
电池
超级电容器
光伏电池
可穿戴电子产品
聚合物变成琥珀酸
最初，罗教授和他的合作者正在开发一种用于化学传感应用的 pH 敏感变色共轭聚合物。他们创造的一种化合物是一种可溶性聚二乙炔衍生物，具有称为 PDDA 的短羧基侧链。
聚丁二炔是最早发现的共轭聚合物之一，其共轭主链由碳-碳双键和三键组成。这位中国科学家创造的材料是一种柔性塑料，由于其高度π共轭主链，呈深红色。研究人员确定，当材料保持在黑暗中或惰性气氛(氮气)下时，PDDA 的独特光电特性保持不变，从而验证了该材料在有机电子应用中的潜在用途。
令人惊讶的是，当将一片 PDDA 薄膜浸入水中时，聚合物薄膜在阳光下迅速分解成小碎片，并最终在一周内消失。当 PDDA 浸入弱酸性溶液并用人造白光照射时，也会发生类似的降解。塑料薄膜迅速破裂，材料的天然红色褪色，表明共轭主链发生解聚。
为了实时跟踪 PDDA 分子结构的变化，研究人员在降解过程的不同阶段进行了一套全面的光谱和核磁共振 (NMR) 测量。结果表明降解塑料的分子量迅速下降(聚合物链断裂成更小的碎片)，而大多数最终降解产物(超过 60%)是琥珀酸，没有留下对环境有害的微塑料的痕迹解决方案。琥珀酸是一种天然存在的化合物，可以在制药和食品工业中进行商业升级。
近乎理想的阳光和氧气自降解塑料
当进一步分析实验数据时，罗教授的团队得出结论，PDDA降解的原因是光氧化过程，吸收的阳光破坏了聚合物沿主链的双键和三键，这与其他自降解聚合物不同。通常依赖于酯或酰胺键的水解。
罗教授强调，在聚合物降解过程中仅损失了 20% 的碳原子，有望实现升级回收过程的卓越经济性。
重要的是，共轭 π 电子主链似乎促进了活性氧物质的光化学生产，而无需对聚合物使用光敏染料或其他有害添加剂。
研究人员希望他们能够在其他广泛使用的共轭聚合物中建立类似的光氧化降解过程。他们旨在开发一种通用策略，用于在自然环境中的环境条件下降解消费后共轭聚合物。
