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  開發生物基聚合物以模擬大宗塑料（如聚乙烯）已成為新興趨勢，其中賦予材料新的物理和化學功能至關重要。本研究報道了一種合成具有正交降解性的長鏈脂肪族聚(酯)縮醛（PEAc）的策略，為制造高性能、可正交回收的聚乙烯模擬物及其他新型聚合物提供了一條新的途徑。

圖1：選擇性正交解聚和閉環回收

  近期，美國南卡羅來納大學唐傳兵教授團隊開發合成了一系列基于長鏈脂肪族單元的聚(酯)縮醛（PEAc）。該策略采用兩步法精準構建聚合物鏈：首先通過C18-二酯與脂肪族二醇的縮聚反應制備端羥基聚酯低聚物；隨后利用二乙氧基甲烷進行聚轉縮醛化反應，精確引入正交可降解的縮醛鍵和織鍵，成功合成重均分子量超過400 kDa的聚(酯)縮醛。所得聚合物不僅具有類聚乙烯正交晶胞結構，同時展現超常延展性（圖2），系統性突破了傳統縮醛化法分子量受限與結晶性難以協同的固有矛盾。更關鍵的是，其獨特的正交可降解結構能夠定量響應不同環境刺激：酸性條件選擇性斷裂縮醛鍵，堿性條件特異性水解酯鍵，中性環境則實現完全降解（圖1）。這種正交尋址能力被進一步用于構建獨特的“低聚物–聚合物–低聚物”閉環回收路徑，有效規避了傳統“單體–聚合物–單體”循環的高能耗與復雜純化需求。值得注意的是，將這些極性可降解單元引入聚烯烴類似物，賦予了材料在極性基材（如不銹鋼、木材）上強大的粘附性及可重復使用性，剪切強度高達17 MPa（圖3），這是聚乙烯所不具備的特性。構建單元化學結構的精準設計打破了傳統聚烯烴的功能局限，系統揭示了正交降解機制對材料循環性能的獨立貢獻，并為材料同時引入了界面粘附新功能，為綠色材料設計提供"化學結構-降解響應-再生路徑"的精準調控新維度。該工作以 “Sustainable and Orthogonally Closed-Loop Recyclable Acetal-Based Long-Chain Polyesters” 為題發表在《J. Am. Chem. Soc.》上。本研究由美國國家科學基金會循環經濟聚合物研究中心資助。

圖2：長鏈脂肪族聚(酯)縮醛（PEAc）的性質

圖3：長鏈脂肪族聚(酯)縮醛（PEAc）在不銹鋼和木材基底上的搭接剪切測試結果

  該工作是該團隊近期在可持續聚乙烯替代材料領域相關研究的最新進展之一。在最近的工作中，他們制備了一系列基于C18長鏈二酯構建生物基聚酯，兼具聚乙烯力學性能與降解性，解決了使合成和聚合物加工復雜化的常見挑戰，為實現可重復的聚酯制備提供了有益的指導（Macromolecules 2025, 58, 4070-4081）。并通過合成和建模調節聚乙烯類似物的降解性，為預測脂肪族長鏈功能聚合物模擬聚乙烯的性能提供了寶貴的見解（Macromolecules 2025, 58, 2094-2105）。前期階段該團隊還在前瞻性評論中提出在聚乙烯鏈上引入化學不穩定鍵，有望使這種難降解的聚合物變得易于斷鏈（Chem 2021, 7, 847-848）。他們回顧了過去十年中一些鼓舞人心的成就和挑戰, 概述了聚乙烯的回收方法，“類聚乙烯”材料的制備以及對更可持續聚合物的展望等領域（Polymer 2024, 295, 126698）。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c09003