目前，可以说人类生活在一个由合成聚合物制成的材料世界中，合成材料已成为现代生活和全球经济不可或缺的组成部分。
它们的年产量正在逐年增加，预计到2050年将达到11.2亿吨。但是，目前合成聚合物的生产和处置遵循的是一种不可持续的线性经济模式，包括“化石原料，获取，制造，使用，处置”，单向线性框架（如图1）。
这种线性经济模型无法解决消费后聚合物废物的报废问题，不仅迅速耗尽了有限的自然资源，而且遭受了巨大的经济损失，并在全球范围内加剧了塑料污染恶化的后果。
出于各种原因，目前回收聚合物特别是塑料（在所有类型的聚合物中产量最高）的回收实践在很大程度上是无效的，仅有5％的材料被回收和用于后续使用。
可怕的后果带来的是双重的打击：
- 一次性使用后，每年约有95％的塑料材料（价值1000亿美元）在经济中损失，
- 每年都会有将近5000万吨的塑料废弃物被丢弃到垃圾填埋场和海洋中。如果不做任何改变，到2050年，海洋中的塑料重量将超过鱼类的重量。这一后果人类可以承受吗？答案是显而易见的，人类将无法承受。
如何才能有效解决塑料污染一直以来都是各国，各领域科学家们的主要研究内容。
中国科学院上海有机化学研究所有机金属化学国家重点实验室的洪缪研究员和科罗拉多州立大学Eugene Chen 教授一直致力于绿色可持续性发展的高分子材料方面的研究，经过多年的研究，发现解决塑料污染最有效的方式就是打破塑料污染不可持续的线性经济模式，开发具有闭环生命周期的可持续聚合物。
他们将这类型“可持续聚合物”重新定义为“源自可再生原料的材料，其原料不但在生产和使用过程中均是安全无污染的，并且其生产的制品可以以对环境无害的方式进行回收或处理”如图1所示。在本篇报道中，他们重点介绍了可持续聚合物的最新研究进展，强调了发展可持续发展聚合物过程中的机遇和挑战。该篇论文以题为“Future Directions for Sustainable Polymers”发表在《Trends in chemistry》上(见文后原文链接)。
在传统的可持续发展聚合物中，以植物生物质和可降解的塑料为主。植物生物质可通过转化为结构单元单体提供丰富的可再生资源，并且本质上具有负碳足迹的特点。目前主要的以植物生物质为基础的聚合物有聚乳酸和其他可再生聚酯或聚内酯，生物衍生聚(对苯二甲酸乙酯)，糖基聚(呋喃甲酸乙酯)，和可再生聚碳酸酯等。由于有大量的合成技术可供化学家使用，几乎任何单体都可以从可再生原料中制备出来。但是，在这些转化过程中也伴随这样一个问题：在天然资源经过多少步转化之后可以用来制造可持续的单体或聚合物？尽管对这类过程进行完整的生命周期评估虽然有用，但往往不切实际。但至少应遵循以下准则：
- （i）最少的转换步骤；
- （ii）使每个步骤的转化率和原子效率最大化；
- （iii）尽可能使用催化反应和“绿色”条件。
可降解的聚合物由于其可降解为对环境无害的物种并最终热力学沉沉降，这使得其具有建立环境友好的封闭环形生态系统的潜力。目前其已经实现了应用，尤其是在短期产品中，例如用作生物医学和包装材料的聚乙交酯，聚碳酸三亚甲基酯和聚羟基链烷酸酯。但是，尽管可降解聚合物在受控的实验室条件下或微生物环境中可有效降解，但它们通常在大规模或自然环境（如垃圾填埋场或海洋）中的降解却不很理想，这一类材料也将会造成一些无法预料的环境污染问题。然而，由外部刺激有选择性地触发的可降解的聚合物对于废物管理还是很有价值的，特别是克服了上述挑战之后。
尽管，生物质或者可降解聚合物具有可回收利用和减轻环境污染方面具有一定的优势，但是为了满足具有闭环生命周期的可持续性发展系统，资源的再生率需要等于或大于资源利用率。在这一方面，新兴的可化学循环利用的聚合物由于可以保存有限的自然资源，为聚合物废弃物的寿命终止问题提供可行的解决方案以及具有建立循环材料经济的潜力而受到越来越多的关注。可化学回收的聚合物可以通过化学方式高选择性，高收率和高纯度地完全解聚为单体，并且可以将单体直接再聚合为纯净质量的聚合物。从原理上讲，该过程可以无限次重复。这种可化学回收聚合物具有显著的实际应用潜力，可以实现闭环材料经济并从源头上防止资源的浪费。但是，为了充分发挥这一类可化学回收聚合物的优势必须解决眼前的三个重要挑战：1.能源成本；2. 解聚物的选择性；3. 可降解/性能之间的平衡。理想的可降解聚合物不仅必须具有良好的热性能和机械稳定性能以使其在实际生活中得以应用，而且还必须在高成本效益的生产和降解条件下，以可控的高化学选择性高效率的回收纯净的单体。
再生聚合物领域作为另一类创新，经济的可持续的聚合物制备方法，通过利用大量可用的商品聚合物作为廉价的原料来制造新的或更高价值的材料，赋予消费后聚合物新的生命，从而延长它们的寿命。
在再生聚合物的规划方案中，通过化学转化获得增值聚合物通常很容易。其未来的挑战主要来自如何使这些过程具有更高的成本效益，以及同时赋予新材料化学可回收性，以使它们在新的材料使用寿命结束后不会成为新的废物。
在聚合物可回收利用这个领域中，传统的热固性树脂的回收利用是最棘手的问题之一，因为其交联成型后的聚合物既不能通过机械再加工，也不能通过化学方式再循环利用。
经过多年的研究，目前已经研究开发一类具有动态共价网络（交联的）的可再加工的热固性材料，该共价网络可以进行缔合交换反应，从而使材料在加热时再流动。
这种“类玻璃高分子”既在一定的转变温度以下，可以像热固性塑料一样，处于拓扑网络凝固，但也可以像粘弹性液体一样进行热加工（在较高温度下）而不会失去网络完整性。
这些具有开拓性和高应用价值的学术成果将会刺激可持续热固性塑料的进一步发展，并能过应对各种各样的挑战，主要包括：
- （i）聚合物具有增强的蠕变，耐溶剂，耐热和耐化学性能够，从而克服恶劣，不受控制的环境；
- （ii）聚合物具有机械延展性和化学回收性；
- （iii）具有高成本效益，可将动态交联安装到具有宽温度范围的热塑性商品塑料中。
在未来, 开发具有闭环生命周期的可持续发展聚合物具有巨大的实际应用潜能，既可以保护有限的自然资源，并提供可行的解决方案解决当前合成聚合物不可持续的本质问题。但是，在实现这一过程中仍然存在诸多的挑战，尤其是能源成本，回收/分解的选择性以及回收能力与性能之间的平衡。因此，在未来的大量研究中应该集中精力在设计创新的单体和聚合物结构以及开发环境友好的工艺（例如催化，无溶剂）以合成和回收包括混合的聚合物废料和复合材料在内的聚合物。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589597419300486#!
