合成高分子材料因其性能优异而被广泛应用,但“生产-使用-废弃”的线性经济模式引发了严重的环境与资源问题,也推动着以“单体-聚合物-单体”闭环循环为核心的可持续塑料体系的快速发展。尽管可循环聚合物研究已取得巨大进展,但多数已报道聚合物单体复杂、合成步骤繁琐、成本高,限制了其实际应用。聚草酸酯的原料可通过碳水化合物氧化或CO2还原实现低成本制备,并且具有独特的海洋可降解性。但是传统缩聚法反应条件严苛,难以精确控制聚合物分子量。
针对上述挑战,青岛科技大学沈勇/李志波教授团队利用低成本的煤制甲醇下游衍生物草酸二甲酯和1,2-烷基二醇为原料,通过构建“缩聚-解聚”串联策略,合成了一系列环状草酸酯单体,并进一步通过开环聚合实现了高分子量、可闭环回收的聚草酸酯的合成。

图1.“缩聚-解聚”策略制备高分子量、可闭环回收聚草酸酯
系统研究表明,侧链烷基长度显著影响聚合物的性能。PPOx、PBOx和PHOx均为无定形态聚合物,其玻璃化转变温度(Tg)随侧链增长而降低(从PPOx的29.3 °C降至PHOx的-5.8 °C)。相反,PEOx为半结晶性聚合物,熔点高达182 °C,力学强度优异,拉伸强度可达100.5 MPa。此外,聚草酸酯具有突出的环境降解特性,其中PPOx薄膜在5天内即可在水中或人工海水中完全降解,降解速度显著快于PEOx,这为开发不同降解周期的海洋可降解材料提供了可能。
该研究成功建立了聚草酸酯的闭合循环。在乙醇酸钠催化下,在170℃、50 Pa下,高分子量的PPOx(Mn= 32.2 kDa)可在4小时内完全解聚,以高收率回收得到纯净的POx单体。回收的单体可再次用于开环聚合,再生聚合物的分子量与原始聚合物几乎一致,实现了“单体-聚合物-单体”的闭环生命周期。
相关工作在线发表于Chemical Science,青岛科技大学博士研究生刘亚雷为论文的第一作者。青岛科技大学沈勇教授、李志波教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家区域创新发展联合基金(辽宁省)、青年科学基金(B类)和山东省泰山学者项目的资助。
原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/sc/d5sc08361c