當前時代，有很大一部分塑膠都是通過掩埋的管道進行銷毀，如何為原本會被填埋的塑膠尋找新的回收利用方案需要創新的化學方法。現在，尿布廢料中的聚（丙烯酸）已通過具有成本效益和環境競爭力的開環回收方法轉化為有價值的壓敏粘合劑。
【尿布回收的意義】
一次性尿布和月經用品是現代高分子科學與工程的奇迹，為人們增添了許多的方便。儘管尿布與月經產品似乎是個人護理中是極其常見的，但他們的選擇對一個人的環境足迹有著深遠的影響。在美國，大約95%的幼兒選擇了一次性紙尿褲；每塊尿布只能使用幾個小時，而一個孩子在早年通常會使用6000多塊。雖然確實存在可重複使用的布替代品，但清洗和消毒它們也會對環境產生重大的負面影響。
由於尿布和月經用品的市場巨大，大量公司會把數十億美元的研發資金投入到提升產品的觸感、手感和效能中。然而，在回收利用這方面還沒有進行類似的投資。囙此，僅在美國，每年就有300萬噸尿布被填埋。幸運的是，已經開發出新興技術來區分一次性尿布中不同的資料類別——即纖維素基資料與塑膠。雖然纖維素成分可以焚燒、生物降解或發酵，但缺乏廣泛的基礎設施和經濟激勵措施阻礙了更全面的回收利用。現在，已有文獻報導如何將最難再加工或再利用的尿布成分——超吸收聚合物（SAP）——轉化為壓敏粘合劑，常用於各種產品，如便利貼、信封、標籤和膠帶。
圖1.尿布與月經棉產品中的成分
【尿布回收的挑戰】
SAP是尿布的高價值成分，可吸收高達自身重量100倍的液體。它們由聚（丙烯酸）熱固性資料製成，該熱固性資料源自廉價的石油原料。SAP對回收提出了科技挑戰，特別是由於其化學穩定的碳氫化合物主鏈、難以進行機械加工的聚酯交聯網絡，以及——使它們在尿布中如此有價值的特性——它們的吸水傾向。這些特性以前對傳統回收科技提出了無法克服的挑戰，其中塑膠通過機械方法從廢品中再加工，並重新製造成相同或更低價值的產品。
近期，科學家們經過在聚合物科學領域的努力，終於探索出了消費後塑膠機械回收的替代方案。開環回收或陞級回收的概念是一種有吸引力的方法，可以通過化學管道對塑膠廢物進行改性，以創造在替代應用中具有價值的新材料。囙此，假設回收產品具有足够的價值並且需要與廢物流相稱的規模，開環回收可以為回收創造經濟激勵。陞級回收方法對SAP尤其有吸引力，因為它們的丙烯酸聚合物主鏈是各種高價值聚合物產品的共同主題。Anne J. McNeil及其同事開發的方法將SAP重新用於壓敏粘合劑；該工藝還在許多關鍵環境名額上勝過從石油原料合成這些資料的傳統方法（圖2）。
圖2.a，高吸水性聚合物（SAP）由聚（丙烯酸）熱固性塑膠製成，不適合機械回收。b，熱固性塑膠的水解提供了聚（丙烯酸）熱塑性塑膠，其使用疏水醇酯化以形成聚丙烯酸酯資料。c，源自陞級回收SAP的聚丙烯酸酯顯示出作為通用壓敏粘合劑（PSA）的潜力。d，生命週期評估表明，源自SAP的壓敏粘合劑在許多關鍵環境參數方面優於當前的商業路線，包括全球變暖潜勢（原始PSA=25.8與陞級回收的PSA=20.2 kg/kg CO2當量）
回收SAP的第一個挑戰是在溫和條件下將它們從熱固性塑膠（其中聚合物鏈共價連接）轉化為熱塑性塑膠（其機械效能來自非共價鏈間相互作用）。首先在鹼性或酸性條件下進行聚酯交聯的水解，以將SAP珠粒轉化為水溶性粘彈性流體。研究人員通過生命週期分析（LCA）評估了潜在的水解策略，這是一種評估製造過程對環境的完整影響的科技。這些研究提供了一個非直觀的見解：由於與酸源與堿源相關的因素，在更高溫度、更長反應時間和更高濃度下進行的酸性水解實際上比鹼性條件更環保。然後使用超聲處理將聚（丙烯酸）鏈分解成較短的鏈段。該步驟能够系統地改變聚合物的分子量，從而實現更廣泛的潜在應用。
壓敏粘合劑通常由丙烯酸共聚物製成。為了將水解衍生的聚（丙烯酸）轉化為壓敏粘合劑，羧酸側基需要酯化（圖1c）。實現高轉化率被認為是具有挑戰性的，因為酯化是一個平衡過程。研究人員認為他們可以利用酯化聚合物產品的疏水性。通過計算化學的方法表明這種假設是可行的，即初始聚合物酯化會導致局部疏水環境，包括聚（丙烯酸）底物和長鏈醇溶劑分子，這將為持續酯化提供顯著的熱力學驅動力。事實上，使用長鏈疏水醇如2-乙基己醇和十一烷酸導致在酸催化條件下進行定量酯化。同樣，當用小分子羧酸研究類似的酯化反應時，也沒有觀察到高轉化率。
【開環回收方法的意義】
通過流變學評估所得酯化丙烯酸聚合物的效能。McNeil及其同事使用了粘彈性視窗（圖3），該視窗通過比較在特定頻率下對儲存能量的粘性和彈性貢獻來對不同的粘合劑類型進行分類。這種表徵表明，源自SAP的聚丙烯酸酯適用於作為通用可移除粘合劑的應用。此外，可以通過超聲處理步驟控制資料的分子量來調整這些聚合物的粘附效能。
圖3.粘彈性視窗的視覺化
最後，LCA應用於整個開環回收過程。幾乎所有研究的名額都發現，將SAP從消費後尿布轉換為通用粘合劑的效能優於當前使用石油原料製成的原始壓敏粘合劑的商業途徑。這種比較表明，如果廢物流通過簡單且可擴展的化學轉化陞級為增值產品，則開環回收過程是易於處理且有益的。
在現時的工作中，McNeil及其同事以一種創新的管道使用基礎化學反應（水解、酯化）來重新利用重要但相對未開發的廢物流—一次性尿布的功能成分。未來需要進一步研究以探索這種方法對具有不同脂肪族基團的聚（丙烯酸酯）資料的普遍性，以擴大這些陞級迴圈資料的影響。儘管壓敏粘合劑是一個高價值的市場，但關於這些資料的需求量與從尿布廢物中選取的SAP量的問題仍然存在。儘管如此，本研究中化學決策和生命週期評估之間的相互作用促進了開環回收工藝的發展，該工藝與從石油原料直接合成原始資料相競爭。