西北大学 | 美国西北大学John M. Torkelson课题组最新JACS|基于二硫键的直接自由基共聚，实现交联聚乙烯的完全回收

交联聚乙烯（XLPE）因永久交联键无法回收，造成环境负担。来自美国西北大学（2026年QS世界排名第42位）的John M. Torkelson课题组通过乙烯与含动态二硫键的 BTMA 单体进行高压自由基共聚，首次原位合成聚乙烯共价适应网络（PE CANs），既保留 XLPE 的优良热机械性能（如高温抗蠕变、高结晶度），又实现完全回收，解决了 XLPE 不可循环的关键问题。相关工作以“Fully Recyclable and Remarkably Robust Cross-Linked Polyethylene Networks via Direct Free-Radical Copolymerization with Disulfide Dynamic Covalent Bonds” 发表在JACS上，文末附论文链接

Fig1. 乙烯与 BTMA 高压共聚合成 PE CANs 的过程

展示了在高压（≈2000 bar）反应釜中，通过乙烯与 BTMA（含动态二硫键的双功能单体）的自由基共聚制备 PE CANs 的过程，模拟工业低密度聚乙烯（LDPE）生产条件，实现动态交联网络的原位构建。

乙烯与 BTMA 的高压共聚制备 PE CANs

Fig2. PE CANs 的再加工性及热机械性能稳定性

包含两部分内容，一是展示 PE CANs 的多次热压加工流程（180℃、8 MPa 下热压成型后切割重塑）；二是通过动态力学分析对比 PE CANs 与热塑性 LDPE 的拉伸储能模量（E'）和损耗因子（tanδ）随温度及成型次数的变化，结果显示 PE CANs 经多次加工后仍保持稳定的橡胶态平台模量（E' >1 MPa），热机械性能与 XLPE 相当，显著优于 LDPE，验证了其优异的再加工性和性能稳定性。

（a）合成的 PE CAN-1 的（再）加工过程。（b/c）PE CAN-1 和 PE CAN-2 的拉伸储能模量和 tanδ 随温度和成型步骤的变化。包含具有相似结晶度的热塑性 LDPE 作为对比。

Fig3. PE CANs 的应力松弛、活化能及高温抗蠕变性能

通过系列测试揭示 PE CANs 的动态行为与稳定性。应力松弛测试显示其归一化模量随时间的变化，经双拉伸指数拟合，区分出短时间（链松弛）和长时间（动态交联交换）两种松弛机制；基于 Arrhenius 方程计算的活化能表明，链蠕动是主导松弛机制，与长链支化 PE 熔体一致；高温（130-150℃）蠕变测试显示其蠕变应变仅 2.5%-8.0%，证明其优异的高温抗蠕变性能。

（a/c/e）PE CAN-1 和（b/d/f）PE CAN-2 的归一化应力松弛模量、Arrhenius 型表观活化能及蠕变曲线（3.0 kPa 应力）。

总结

该研究通过乙烯与 BTMA 高压自由基共聚，首次制备出可回收 PE CANs。其热机械性能与 XLPE 相当，多次回收后性能完全恢复，应力松弛由链蠕动主导，高温抗蠕变优异。为 XLPE 提供了可持续替代方案，推动聚烯烃热固性材料的循环利用。

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