青島科技大學李崢、李志波研究團隊以ω-十五內酯（PDL）為單體，通過有機堿催化開環聚合，成功制備了一種兼具聚乙烯（PE）力學性能與聚酯降解性的新型材料——聚ω-十五內酯（PPDL）。該研究為解決傳統PE塑料難降解的環境問題提供了新思路。該研究成果2024年5月發表在《高分子學報》上。

PPDL的分子設計與類PE特性的本質原因

PPDL的分子結構是其性質類似PE的核心因素。其主鏈由長鏈亞甲基（-CH?-）重復單元構成，與PE的碳鏈結構高度相似，這使得PPDL具備了PE的結晶性、力學強度和疏水性。具體表現為：

結晶行為與熱穩定性：PPDL的晶胞結構與高密度聚乙烯（HDPE）幾乎一致，結晶度達49.0%（WAXS測試），熔點高達95.5℃，接近PE的熔融溫度（105-130℃），遠超短鏈聚酯（如聚己內酯PCL的60℃）。

力學性能媲美：高分子量PPDL（95.7kDa）的屈服應力達18.2MPa，斷裂伸長率達696%，與商用HDPE的力學曲線幾乎重合，且因酯交換副產物的增塑作用，韌性更優。

表面疏水性：PPDL表面疏水性與PE類似，這使其在自然環境中初始降解速率較慢，但通過結構設計可調控降解性。

可降解性與功能調控

盡管PPDL主鏈的長亞甲基結構使其疏水性強、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化降解性：

共聚改性：引入ε-己內酯（ε-CL）制備無規共聚物PPDL-r-PCL。ε-CL鏈段增加了酯鍵密度，破壞了PPDL的結晶規整性，使共聚物熔點隨ε-CL含量從95.5℃降至53.0℃，同時水解速率顯著提升。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。

擴鏈反應：以雙羥基端PPDL（PPDL-diol）為前驅體，通過六亞甲基二異氰酸酯（HDI）擴鏈得到PPDL-E。該方法不僅提升了分子量（最高達95.7kDa），還通過氨基甲酸酯鍵的引入調節了結晶度，使材料力學性能進一步增強，且保留了酯鍵的可降解性。

材料優勢與應用前景

PPDL的核心優勢在于“類PE性能”與“可降解性”的平衡：

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

循環利用可行性：通過共聚或擴鏈調控，PPDL及其共聚物可在使用后通過水解、熱解等方式回收單體，實現“合成-應用-降解-回收”的閉環。

該研究為解決塑料污染問題提供了兼具性能與環保性的材料方案，有望在一次性包裝、農用地膜等領域替代傳統PE，推動可降解塑料的產業化進程。

(關鍵字：PPDL)