青島科技大學(xué)李崢、李志波研究團(tuán)隊(duì)以ω-十五內(nèi)酯（PDL）為單體，通過(guò)有機(jī)堿催化開(kāi)環(huán)聚合，成功制備了一種兼具聚乙烯（PE）力學(xué)性能與聚酯降解性的新型材料——聚ω-十五內(nèi)酯（PPDL）。該研究為解決傳統(tǒng)PE塑料難降解的環(huán)境問(wèn)題提供了新思路。該研究成果2024年5月發(fā)表在《高分子學(xué)報(bào)》上。

PPDL的分子設(shè)計(jì)與類(lèi)PE特性的本質(zhì)原因

PPDL的分子結(jié)構(gòu)是其性質(zhì)類(lèi)似PE的核心因素。其主鏈由長(zhǎng)鏈亞甲基（-CH?-）重復(fù)單元構(gòu)成，與PE的碳鏈結(jié)構(gòu)高度相似，這使得PPDL具備了PE的結(jié)晶性、力學(xué)強(qiáng)度和疏水性。具體表現(xiàn)為：

結(jié)晶行為與熱穩(wěn)定性：PPDL的晶胞結(jié)構(gòu)與高密度聚乙烯（HDPE）幾乎一致，結(jié)晶度達(dá)49.0%（WAXS測(cè)試），熔點(diǎn)高達(dá)95.5℃，接近PE的熔融溫度（105-130℃），遠(yuǎn)超短鏈聚酯（如聚己內(nèi)酯PCL的60℃）。

力學(xué)性能媲美：高分子量PPDL（95.7kDa）的屈服應(yīng)力達(dá)18.2MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)696%，與商用HDPE的力學(xué)曲線(xiàn)幾乎重合，且因酯交換副產(chǎn)物的增塑作用，韌性更優(yōu)。

表面疏水性：PPDL表面疏水性與PE類(lèi)似，這使其在自然環(huán)境中初始降解速率較慢，但通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可調(diào)控降解性。

可降解性與功能調(diào)控

盡管PPDL主鏈的長(zhǎng)亞甲基結(jié)構(gòu)使其疏水性強(qiáng)、初始降解慢，但其分子中含有的酯鍵賦予了材料可降解潛力。研究通過(guò)兩種策略?xún)?yōu)化降解性：

共聚改性：引入ε-己內(nèi)酯（ε-CL）制備無(wú)規(guī)共聚物PPDL-r-PCL。ε-CL鏈段增加了酯鍵密度，破壞了PPDL的結(jié)晶規(guī)整性，使共聚物熔點(diǎn)隨ε-CL含量從95.5℃降至53.0℃，同時(shí)水解速率顯著提升。例如，含30%ε-CL的共聚物在堿性條件下39天即破裂成碎片，而純PPDL需75天仍?xún)H輕微失重。

擴(kuò)鏈反應(yīng)：以雙羥基端PPDL（PPDL-diol）為前驅(qū)體，通過(guò)六亞甲基二異氰酸酯（HDI）擴(kuò)鏈得到PPDL-E。該方法不僅提升了分子量（最高達(dá)95.7kDa），還通過(guò)氨基甲酸酯鍵的引入調(diào)節(jié)了結(jié)晶度，使材料力學(xué)性能進(jìn)一步增強(qiáng)，且保留了酯鍵的可降解性。

材料優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景

PPDL的核心優(yōu)勢(shì)在于“類(lèi)PE性能”與“可降解性”的平衡：

替代傳統(tǒng)PE的潛力：其力學(xué)性能滿(mǎn)足通用塑料需求（如薄膜、包裝材料），且原料PDL可從當(dāng)歸根中提取，具備生物基來(lái)源屬性。

循環(huán)利用可行性：通過(guò)共聚或擴(kuò)鏈調(diào)控，PPDL及其共聚物可在使用后通過(guò)水解、熱解等方式回收單體，實(shí)現(xiàn)“合成-應(yīng)用-降解-回收”的閉環(huán)。

該研究為解決塑料污染問(wèn)題提供了兼具性能與環(huán)保性的材料方案，有望在一次性包裝、農(nóng)用地膜等領(lǐng)域替代傳統(tǒng)PE，推動(dòng)可降解塑料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

(關(guān)鍵字：PPDL)