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，通過有機(jī)堿催化開環(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PE特性的本質(zhì)原因

PPDL的分子結(jié)構(gòu)是其性質(zhì)類似PE的核心因素。其主鏈由長鏈亞甲基（-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，斷裂伸長率達(dá)696%，與商用HDPE的力學(xué)曲線幾乎重合，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類似，這使其在自然環(huán)境中初始降解速率較慢，但通過結(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。研究通過兩種策略優(yōu)化降解性：

共聚改性：引入ε-己內(nèi)酯（ε-CL）制備無規(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天仍僅輕微失重。