吕华课题组在绿色可回收塑料领域取得新进展

heqinan

合成高分子如各类塑料制品在过去半个世纪为社会发展与生活便捷做出了巨大贡献。然而近年来，随着石油资源的日益枯竭以及传统高分子不可降解所带来的全球性环境污染问题，发展基于可再生资源、可降解、可回收的高分子成为全社会迫在眉睫的需求。高分子科学家们在过去20年中发展了一大批可解聚高分子，特别是近5年来可回收塑料领域出现了飞跃性的进展。然而现有的可降解高分子种类较少、且往往存在聚合/降解条件剧烈、副反应多、产率低等问题，难以高效回收单体或其他高附件值产品。

北京大学化学与分子工程学院吕华课题组长期致力于发展新的高分子化学方法，发展各类基于氨基酸的环境友好高分子用于高端生物材料与蛋白质药物修饰。近期，他们从胶原蛋白中广泛存在的天然氨基酸4-羟基L-脯氨酸(4-HYP)出发，制备了一系列桥环内硫酯(NR-PTL)单体，用廉价催化剂与温和条件实现了其可控聚合，制备了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高达259 kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。文章通过理论计算阐述了可控聚合与解聚的原理。得益于其刚性环状结构的分子设计与硫酯键本身的动态弱键属性，该系列聚硫酯在常规环境中极为稳定而在弱碱稀溶液中可以完全化学解聚，100%产率回收得到纯净的内硫酯单体。此类聚硫酯还极易侧链衍生化，为进一步通过侧链分子结构设计调节聚合物性能提供了可能性。预期在对聚合物侧链结构充分优化后，有望将该系列聚硫酯用于各类需要实现降解或解聚的高端塑料制品。若能进一步降低原料成本，则有可能将其用于更广泛的用途。总体而言，该工作从单体分子结构设计出发，实现了聚硫酯的可控聚合与完全回收，丰富了人们对内硫酯开环聚合的认知，为高效制备可降解易回收的高分子材料提供了新范例。

该研究成果被作为2019年3月27日第12期的《美国化学会志》的首页封面论文发表（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4928-4935）。文章被编辑选为ACS Editors’ Choice，并被作为Spotlights on Recent JACS Publications加以亮点报道。吕华课题组2014级博士生袁劲松为该论文第一作者，吕华研究员为论文通讯作者。北京大学李子臣教授参与了课题。该工作得到了国家自然科学基金优秀青年基金(21722401)的支持。

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/jacs.9b00031

图1 桥环内硫酯NR-PTL的可控聚合与解聚。