青岛科技大学研究团队合成一种新型可降解塑料PPDL，性质类似PE

青岛科技大学李峥、李志波研究团队以ω-十五内酯（PDL）为单体，通过有机碱催化开环聚合，成功制备了一种兼具聚乙烯（PE）力学性能与聚酯降解性的新型材料——聚ω-十五内酯（PPDL）。该研究为解决传统PE塑料难降解的环境问题提供了新思路。该研究成果2024年5月发表在《高分子学报》上。

PPDL的分子设计与类PE特性的本质原因

PPDL的分子结构是其性质类似PE的核心因素。其主链由长链亚甲基（-CH₂-）重复单元构成，与PE的碳链结构高度相似，这使得PPDL具备了PE的结晶性、力学强度和疏水性。具体表现为：

结晶行为与热稳定性：PPDL的晶胞结构与高密度聚乙烯（HDPE）几乎一致，结晶度达49.0%（WAXS测试），熔点高达95.5℃，接近PE的熔融温度（105-130℃），远超短链聚酯（如聚己内酯PCL的60℃）。

力学性能媲美：高分子量PPDL（95.7kDa）的屈服应力达18.2MPa，断裂伸长率达696%，与商用HDPE的力学曲线几乎重合，且因酯交换副产物的增塑作用，韧性更优。

表面疏水性：PPDL表面疏水性与PE类似，这使其在自然环境中初始降解速率较慢，但通过结构设计可调控降解性。

可降解性与功能调控

尽管PPDL主链的长亚甲基结构使其疏水性强、初始降解慢，但其分子中含有的酯键赋予了材料可降解潜力。研究通过两种策略优化降解性：

共聚改性：引入ε-己内酯（ε-CL）制备无规共聚物PPDL-r-PCL。ε-CL链段增加了酯键密度，破坏了PPDL的结晶规整性，使共聚物熔点随ε-CL含量从95.5℃降至53.0℃，同时水解速率显著提升。例如，含30%ε-CL的共聚物在碱性条件下39天即破裂成碎片，而纯PPDL需75天仍仅轻微失重。

在加速降解条件下研究的 PDL 共聚物和均聚物的质量变化

扩链反应：以双羟基端PPDL（PPDL-diol）为前驱体，通过六亚甲基二异氰酸酯（HDI）扩链得到PPDL-E。该方法不仅提升了分子量（最高达95.7kDa），还通过氨基甲酸酯键的引入调节了结晶度，使材料力学性能进一步增强，且保留了酯键的可降解性。

材料优势与应用前景

PPDL的核心优势在于“类PE性能”与“可降解性”的平衡：

替代传统PE的潜力：其力学性能满足通用塑料需求（如薄膜、包装材料），且原料PDL可从当归根中提取，具备生物基来源属性。

循环利用可行性：通过共聚或扩链调控，PPDL及其共聚物可在使用后通过水解、热解等方式回收单体，实现“合成-应用-降解-回收”的闭环。

该研究为解决塑料污染问题提供了兼具性能与环保性的材料方案，有望在一次性包装、农用地膜等领域替代传统PE，推动可降解塑料的产业化进程。