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 在我們的日常生活中經(jīng)常會(huì)用到由聚烯烴制成的產(chǎn)品。它被廣泛應(yīng)用于聚乙烯制品，如塑料袋或聚丙烯產(chǎn)品，如尿布。

作為社會(huì)上廣泛使用的材料，聚烯烴制品在發(fā)揮它的作用的同時(shí)也為我們的生存環(huán)境制造了大量的垃圾。科學(xué)家指出：塑料袋制品估計(jì)需要幾個(gè)世紀(jì)才能被降解

但是現(xiàn)在，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員使用一種新型的催化劑和聚酯聚合物合成了一種可生物降解的聚烯烴替代品。這一突破性研究最終會(huì)對(duì)可持續(xù)性的努力產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在化學(xué)工程系助理教授和大分子創(chuàng)新研究所（MII）的附屬教員Rong Tong領(lǐng)導(dǎo)下，其研究小組將最近的研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

聚合物化學(xué)中最大的挑戰(zhàn)之一是控制聚合物的立構(gòu)規(guī)整度或立體化學(xué)。當(dāng)將單體上的亞基接枝在大分子鏈時(shí)，科學(xué)家很難合成出一個(gè)與主要聚合物鏈截?cái)嗟膫?cè)鏈官能團(tuán)排列一致的高分子聚合物。這些側(cè)鏈官能團(tuán)會(huì)極大地影響聚合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如熔融溫度或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且常規(guī)立體化學(xué)會(huì)使材料有更好的性能。

Tong說他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種方法，可以用聚酯合成出具有規(guī)則的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料。

“目前還沒有辦法進(jìn)行這種化學(xué)研究，”Tong說：“人們之前已經(jīng)做過與聚乳酸類似的研究，但我們已經(jīng)從根本上表明，如果我們控制立體化學(xué)，聚酯的物理和化學(xué)性能就會(huì)得到改善。”

Tong和他的博士后Quanyou Feng發(fā)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單到令人驚訝的化學(xué)反應(yīng)過程，就是使用家用燈泡引發(fā)聚合反應(yīng)。該反應(yīng)以一種新型的Ni / Ir作為光催化劑，并用一個(gè)立體選擇性的Zn催化劑來引發(fā)O-羧腈氫化物單體的開環(huán)聚合反應(yīng)來合成這些改進(jìn)的聚酯。單體聚合方便且用少量催化劑在幾小時(shí)內(nèi)就可完成反應(yīng)。所得材料具有較高的分子量、結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性，并且可以在堿性水溶液中被降解。

Tong說：“如果使用常規(guī)催化劑，不能控制產(chǎn)物的立體化學(xué)構(gòu)型，但我們發(fā)現(xiàn)該催化劑可以做到這一點(diǎn)。在我們的論文中，我們展示了如何設(shè)計(jì)這樣的立體選擇性催化劑，以及它們?nèi)绾螏椭M(jìn)行立體化學(xué)控制。”

鄰羧酰肼是由氨基酸組成的天然有機(jī)化合物。因此以鄰羧酰肼為原料合成的聚酯會(huì)降解，與目前廣泛使用的不可降解的聚烯烴不同。此外，鄰羧酰肼化物可以給聚酯引入不同的官能團(tuán)，進(jìn)而使聚合物的應(yīng)用多樣化。目前，F(xiàn)DA僅批準(zhǔn)了一些用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的聚酯。在反應(yīng)結(jié)束后，Tong與化學(xué)系助理教授兼MII院院士Guoliang Liu一起工作，證明新聚合物的性能得到了改善。

“Tong博士的實(shí)驗(yàn)室有超前的催化劑設(shè)計(jì)和聚合技術(shù)，而我們有出色的表征和加工技能，所以我們合作是必然的，”Liu說。“控制和證明這個(gè)催化反應(yīng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。差示掃描量熱法和核磁共振的表征結(jié)果為我們合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。”

將這些聚酯應(yīng)用到其他領(lǐng)域還在進(jìn)行中，Liu說，但就目前而言，這已經(jīng)是材料研究的一大進(jìn)步。

Liu說：“這種控制立構(gòu)規(guī)整度的聚酯合成方法可以提供給我們一個(gè)以前沒有的聚合物材料庫。”

這一化學(xué)上的創(chuàng)新讓Tong和Liu激動(dòng)不已，希望未來能生產(chǎn)出可降解的綠色塑料來取代今天存在于垃圾填埋場(chǎng)和海洋中長(zhǎng)達(dá)幾十年或數(shù)百年的石油塑料。

Tong提到，這種新型的聚合物合成技術(shù)僅在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上得到了驗(yàn)證。 目前仍有許多工作要做，比如表征這些功能材料和完善正在申請(qǐng)專利的合成放大過程。

“看到這些可降解聚酯應(yīng)用在市場(chǎng)上，實(shí)現(xiàn)塑料工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用是我們的夢(mèng)想。”Tong說。”Tong說。