技术前沿丨研究人员开发新技术，实现再生塑料的透明化

威斯康星大学麦迪逊分校的工程师团队开发出一种新的基于溶剂的技术，用于去除回收的多层塑料包装中的顽固色素。这一进步使再生塑料更具商业吸引力，提高了其市场价值，并使该行业更接近“闭合循环”再生塑料。

这项研究发表在 2025 年 3 月 14 日的《科学进展》杂志上，由博士后研究员 Tianwei Yan 和博士生 Charles Granger 领导，他们在威斯康星大学麦迪逊分校化学和生物工程教授 George Huber 的实验室工作。

溶剂靶向回收和沉淀

塑料污染是一个重大的环境和可持续发展问题，每年有数百万吨由石油产品生产的塑料进入垃圾填埋场、水道和海洋。尽管经过了几十年的研究，塑料回收仍然非常有限；全球只有约 9% 的塑料被回收，其中大部分被降级为价值较低的产品。
然而，新技术可能有助于闭环回收，生产出与新鲜“原生”塑料一样好的高质量再生塑料。自 2020 年以来，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员通过一种名为溶剂靶向回收和沉淀 (STRAP™) 的开创性工艺在化学回收方面取得了巨大进步。STRAP
特别擅长回收彩色多层柔性塑料，包括食品包装，如袋子、小袋、包装纸和薄膜。这些类型的塑料通常包含多个特殊层，可防止水分、密封氧气并提高强度。STRAP 使用一系列溶剂清洗来溶解每一层塑料，然后将其回收并加工成近乎原生的塑料。这些影片还包含各种彩色体，供品牌所有者用来营销其产品。

黄色12使再生塑料呈现淡黄色

近年来，Huber 的团队对 STRAP 进行了改进。然而，研究人员发现，他们最终生产的塑料薄膜通常带有淡黄色。这种色调使回收的最终产品对制造商的吸引力大大降低，使塑料的价值降低了一半以上。
“对消费者来说，黄色可能是老化或降解的标志”， Granger 说。“对于这些回收塑料来说，情况并非如此。这只是颜料的问题。但不管怎样，它看起来很恶心”。
这就是为什么 Granger 和 Yan 开始研究为什么通过 STRAP 生产的回收塑料薄膜看起来是黄色的，以及他们能做些什么。他们首先测试了几十种颜料，将它们分别添加到聚乙烯（最常用于软包装的塑料）中，然后将它们放入 STRAP 工艺中，看看它们是否导致了变黄。很快，他们将罪魁祸首缩小到黄12，这是一种用于印刷包装的常见有机颜料。

使用颜料溶解度较低的溶剂

大多数其他颜料在 STRAP 加工过程中会分解，并通过溶剂或过滤去除。但黄色 12 的元素会在此过程中存活下来，残留在用于溶解塑料的溶剂中。在最后的加工步骤中，回收的塑料被干燥，研究人员发现蒸发的溶剂会留下塑料颜料，导致最终产品呈现黄色光泽。
有了这些知识，该团队能够想出一种去除颜色的方法。“由于其化学结构，黄色颜料在 STRAP 溶剂中的溶解度高于其他类型的塑料颜料”， Huber 说。“因此，首先要选择一种溶解度较低的溶剂。然后还有一些额外的步骤，才能真正使塑料变得晶莹剔透”。
该团队与化学和生物工程副教授 Reid van Lehn 及其学生合作，找到了一种可以最大程度降低黄色颜料溶解度的溶剂，他们开发了一个复杂的溶剂-聚合物溶解度数据库，称为 SolventNet。然后，Yan 和 Granger 在工艺中添加了活性炭来粘合色体，并去除更多的黄色，然后使用压榨机从回收塑料中挤出尽可能多的溶剂。所有这些操作都产生了透明的塑料，肉眼无法察觉到黄色。
虽然让回收的塑料变得更透明似乎只是在解决外观问题，但 Huber 表示，这是使塑料回收具有经济可行性的关键步骤。“塑料回收面临的最大挑战之一是污染物，而最大的问题之一就是处理颜色，”他说。“透明塑料的价值是彩色塑料的 2 到 10 倍。这是因为每家公司都希望在包装上印上自己的特殊颜色或标志。透明塑料可以添加这种颜色。但颜色也使回收变得更加困难。”
Yan 和 Granger 表示，他们希望利用自己的方法去除回收塑料中的其他污染物，包括其他有害色素、污垢和碎片，以及溴和 PFAS 等化学污染物。
George Huber 是威斯康辛大学麦迪逊分校化学和生物工程系的 Richard L. Antoine 教授。Reid Van Lehn 是 Hunt-Hougen 化学和生物工程系的副教授。这项工作部分由 Ross Annable 捐赠支持。
其他威斯康辛大学麦迪逊分校的作者包括 Kevin L. Sánchez-Rivera、Panzheng Zhou 和 Styliani Avraamidou。其他作者包括威斯康辛州尼纳 Amcor 公司的 Steven Grey 和 Kevin Nelson，以及密歇根州霍顿密歇根理工大学的 Fei Long 和 Ezra Bar-Ziv。
这项工作由美国能源部、能源效率和可再生能源办公室、生物能源技术办公室资助，资助编号为 DE-EE0009285（GWH 资助）和 DE-EE0010294。