Cleavable Comonomers for Chemically Recyclable Polystyrene: A General Approach to Vinyl Polymer Circularity

化学 聚苯乙烯 乙烯基聚合物 聚合物 共聚物 高分子化学 有机化学 高分子科学 化学工程 工程类
作者
Gavin R. Kiel,David Lundberg,Elisabeth Prince,Keith E. L. Husted,Alayna M. Johnson,Valerie Lensch,Sipei Li,Peyton Shieh,Jeremiah A. Johnson
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (28): 12979-12988 被引量:122
标识
DOI:10.1021/jacs.2c05374
摘要

Many common polymers, especially vinyl polymers, are inherently difficult to chemically recycle and are environmentally persistent. The introduction of low levels of cleavable comonomer additives into existing vinyl polymerization processes could facilitate the production of chemically deconstructable and recyclable variants with otherwise equivalent properties. Here, we report thionolactones that serve as cleavable comonomer additives for the chemical deconstruction and recycling of vinyl polymers prepared through free radical polymerization, using polystyrene (PS) as a model example. Deconstructable PS of different molar masses (∼20-300 kDa) bearing varied amounts of statistically incorporated thioester backbone linkages (2.5-55 mol %) can be selectively depolymerized to yield well-defined thiol-terminated fragments (<10 kDa) that are suitable for oxidative repolymerization to generate recycled PS of nearly identical molar mass to the parent material, in good yields (80-95%). A theoretical model is provided to generalize this molar mass memory effect. Notably, the thermomechanical properties of deconstructable PS bearing 2.5 mol % of cleavable linkages and its recycled product are similar to those of virgin PS. The additives were also shown to be effective for deconstruction of a cross-linked styrenic copolymer and deconstruction and repolymerization of a polyacrylate, suggesting that cleavable comonomers may offer a general approach toward circularity of many vinyl (co)polymers.
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