一、研究背景
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）凭借优异阻隔、力学加工性能，是全球主流饮料、食用油食品包装材料，市场规模持续扩张。当前主流 PET 回收分为物理机械回收、化学解聚回收两大路线，但均存在明显短板：机械回收多次循环后分子链断裂、低聚物持续累积，低分子物质迁移风险突出，再生料大多只能降级做化纤；化学回收能耗高、分离纯化流程复杂，工业化成本居高不下。欧盟、美国相继出台严苛再生塑料法规，强制提升食品包装再生料占比，国内也已启动再生 PET 食品级生产线可行性评估。现有半化学回收相关研究仅停留在工艺简单试制，缺少全流程微观结构、热性能、多维度有机污染物系统追踪，缺少分子 “拆解 - 重构” 完整机理解析，难以支撑工艺迭代与食品级安全认证。针对以上空白，本研究开发一套酯化 - 预缩聚 - 熔融 - 固相增粘一体化半化学升级回收工艺，完整表征全流程材料微观、热学变化，联用三重高分辨质谱追踪挥发性（VOC）、半挥发性（SVOC）、非挥发性（NVOC）有机物演变，完成再生料食品接触安全综合评价，为高值瓶到瓶闭环回收提供全新技术方案。
Graphical Abstract
二、研究内容
本研究以消费后食品级 PET 碎片为原料，搭建完整半化学回收中试生产线，划分预处理、一级酯化、二级酯化、预缩聚、熔融聚合、固相缩聚六大工艺节点，制备 S1–S6 梯度样品（表1），并以全新 vPET 作为空白对照；整套工艺核心为废 PET 与新鲜 TPA、乙二醇共醇解酯化，同步完成断链解聚与单体复聚，区别于完全解聚的传统化学回收（图1）。首先采用 ATR-FTIR、SEM、TGA、DSC 多表征手段，追踪各阶段化学骨架、表面微观形貌、热分解、熔融结晶性能变化，阐明 PET 分子 “断裂 - 重建” 内在机制；其次联用 HS-GC-MS、GC-QTOF/MS、UHPLC-QTOF/MS 三类质谱，分别以 3% 乙酸、95 乙醇为食品模拟提取液，全流程定量筛查 VOC、SVOC、线性 / 环状低聚物等杂质，明确各工段杂质生成、脱除规律；最后对比成品与全新 PET 的有机杂质残留水平，综合评判该工艺制备 rPET 的食品接触适配性。
图 1 PET 半化学回收工艺中各阶段化学反应示意图：(a) 酯化阶段、(b) 预聚阶段、(c) 固相缩聚（SSP）阶段
表 1 样品信息
整套半化学工艺各阶段物质变化规律清晰：预处理废 PET 因老化水解，分子大量断链，红外 3400cm⁻¹ 羟基峰极强（图2），表面布满微裂纹孔洞（图3），热稳定性偏弱；酯化阶段大量生成 BHET 中间体，分子链断裂，低聚物、小分子杂质含量暴涨，材料热性能降至最低；预缩聚、熔融工序持续发生缩合反应，小分子乙二醇不断真空脱除，低聚物重新聚合为长链高分子，表面逐步熔融致密；最终 SSP 固相增聚后，材料羟基峰基本消失，表面光滑均匀，热分解温度（图4）、熔融温度与全新 PET 高度匹配（图5），化学骨架无改变。
图 2 样品傅里叶变换红外光谱
图 3 样品表面形貌图 (a)；半化学回收工艺酯化 Ⅰ 段、酯化 Ⅱ 段及预缩聚阶段样品的截面形貌图 (b)
图 4 样品的热重 (TG) 与微分热重 (DTG) 曲线
图 5 样品的差示扫描量热 (DSC) 曲线
有机污染物全流程监测显示：酯化阶段大量生成乙醛、乙二醇、环状低聚物；多级真空高温缩聚可逐步脱除绝大多数挥发性杂质，完全清除多种加工残留溶剂、外源污染物；最终 SSP 成品仅检出微量苯乙烯、壬醛、乙二醇 3 种挥发物，微量 BHET 单一半挥发物，仅一种线性二聚体非挥发杂质，环状低聚物基本完全消除，杂质种类、总量远低于传统物理再生 PET。同时设置 95% 乙醇、3% 乙酸两组提取体系验证，高醇环境下低聚物溶出量显著更高，但经完整半化学处理后成品低聚物残留量大幅降低，从源头削减食品迁移隐患。
总结与展望
本研究证实这套半化学回收工艺可实现废 PET 分子级修复：通过同步醇解、酯化、多级缩聚完成高分子拆解重构，最终再生料微观形貌、热稳定、熔融结晶性能与全新 vPET 基本持平；全流程质谱筛查证明，该工艺能深度脱除 VOC、SVOC、各类环状/线性低聚物等风险物质，成品有机杂质残留量级极低，食品接触安全优势显著优于传统物理回收。后续研究将优化高 rPET 添加配比半化学工艺，制备再生 PET 成品瓶完成全套多条件迁移测试以推动该半化学回收工艺工业化落地，实现废 PET 高值食品包装闭环循环。
该工作以From Post-Consumer to Food-Contact Materials: A Semi-Chemical Upcycling Process of PET 为题于2026年6月发表在Packaging Technology and Science。365英国上市刘宜奇博士和暨南大学曾严硕士为共同第一作者，南京海关检测中心刘贵华高级工程师和暨南大学胡长鹰教授为共同通讯作者。原文链接：https://doi.org/10.1002/pts.70093。