可回收热固性塑料是 2015年十大新兴技术 之一，受到 世界经济论坛新兴技术元理事会的重点关注。
塑料有多种类型，过去只有其中一部分可以回收，包括热塑性塑料。一种重要的塑料——热固性聚合物，广泛用于电缆护套、玩具、特百惠容器和电子电路板等产品，却会在使用寿命结束后被送往垃圾填埋场。
然而，IBM阿尔马登研究中心的一项突破性发现如今有望使这类塑料也能广泛回收。我们采访了加州理工学院材料科学与力学教授朱莉娅·R·格里尔，了解发生了什么变化以及为何重要。以下为经过编辑的采访实录。
问：为什么直到现在我们都无法回收热固性聚合物？
这些聚合物具有高度交联结构，这意味着分子之间存在极强的化学键。最初加热使其固化成所需形状后——“热固性”这一名称正由此而来——它们便不可逆地结合在一起。这使它们比热塑性塑料坚固得多，但也意味着再次加热并不能像处理热塑性塑料那样破坏这些化学键，从而让材料得以重新塑形；再次加热只会使其炭化、开裂。IBM的研究人员意识到，他们可以制造一种能够再次分解的热固性聚合物：不是通过加热，而是将其溶解在强酸中，再重新制成另一种形状。研究人员采用了一种名为狄尔斯—阿尔德反应的化学机制，这种反应自1928年以来便已为人所知。突破在于，他们认识到这种反应可以用于热固性聚合物，将聚合物解聚为单体，之后便可将其重新塑造成具有新功能的材料。
问：如果这种反应早已广为人知，为什么此前没人想到这一点？
有时，结合不同学科的新视角能带来这样的突破。几十年来，人们一直在使用狄尔斯—阿尔德反应，热固性聚合物也已使用了几十年，但这两个专业领域大多分属不同的科学界，思维方式也各不相同。很简单，直到现在都没人想到把它们结合起来。根据我的经验，我们也不应低估发现可逆化学反应的真正难度——必须找到合适的催化剂和条件；反应在热力学上必须有利，等等。限制因素很多。这是一项令人印象深刻的发现，因为它如此简单而优雅——但只有事后回看时，才会觉得它显而易见。
问：这项发现直到去年才发表。接下来会有哪些步骤？
相关化学过程并不复杂，我们已有能够实现这一过程的大型设施和设备；狄尔斯—阿尔德反应本身也不受任何专利限制，尽管特定聚合物可能受专利保护。鉴于此，从实验室证明可行性到实现商业化规模，预计会是一个相对直接的过程。我想今年会取得快速进展。不过，我们需要在多个生命周期内测试这些再生聚合物的性能。这并不是一个完全无损的过程，材料可能会有所降解。此外，热固性聚合物的一些应用依赖于缺陷的存在及其类型，也依赖于刚度和强度等机械性能，以确保结构完整性。我们需要确信，热固性聚合物经过多次回收后仍具有相同的属性。由于这一工艺还很新，我们尚不知道经过一定次数的循环后，是否会出现脆性增加等问题。
问：假设测试结果良好，可回收性是否可能为热固性聚合物带来新的应用？
未必，但这只是因为它们已经无处不在——热固性聚合物广泛存在于绝缘材料、管材、储物箱和胶水等产品中，也应用于从微电子到汽车和航空航天的各个行业。从长远来看，一个潜在的有趣消费应用是，可回收热固性聚合物可能拓展3D打印的可能性。可以设想，我们有朝一日或许会开发家用回收设备——如果你用热固性聚合物打印了一个部件，却发现设计有误，就可以回收后重新打印，而不必把它扔掉。不过，这只是我们可以预期的更广泛环境效益中的一小部分。
问：这些环境影响会是什么？
首先，我们应该大幅减少填埋量。热固性聚合物在垃圾填埋场尤其成问题，因为它们在使用寿命期间令我们看重的所有特性——也就是说，它们高度耐阳光、耐热、耐潮湿、耐其他化学物质和环境因素——也意味着它们需要数百年才能降解，并且占用大量空间。我们还可以预期碳排放会大幅减少，因为目前用原材料合成新热固性聚合物的工厂将转而用于回收，不过，同样地，我们还需要进一步测试回收过程所产生副产品可能带来的环境影响。回收对环境的危害肯定远小于初始合成，但鉴于这项发现还很新，弄清其全部影响仍需时间。目前全球生产的聚合物中约有三分之一是热固性聚合物，因此不难看出，减少废弃物和环境破坏的潜力有多大。
本文由安德鲁·赖特为世界经济论坛撰写。
图片：2011年10月20日，在法国西部拉瓦勒附近的一家回收厂，可见被压碎的塑料瓶。路透社/Charles Platiau
