在我们的日常生活中经常会用到由聚烯烃制成的产品。它被广泛应用于聚乙烯制品，如塑料袋或聚丙烯产品，如尿布。
作为社会上广泛使用的材料，聚烯烃制品在发挥它的作用的同时也为我们的生存环境制造了大量的垃圾。科学家指出：塑料袋制品估计需要几个世纪才能被降解
但是现在，弗吉尼亚理工大学的研究人员使用一种新型的催化剂和聚酯聚合物合成了一种可生物降解的聚烯烃替代品。这一突破性研究最终会对可持续性的努力产生深远的影响。
在化学工程系助理教授和大分子创新研究所（MII）的附属教员Rong Tong领导下，其研究小组将最近的研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
聚合物化学中最大的挑战之一是控制聚合物的立构规整度或立体化学。当将单体上的亚基接枝在大分子链时，科学家很难合成出一个与主要聚合物链截断的侧链官能团排列一致的高分子聚合物。这些侧链官能团会极大地影响聚合物的物理和化学性质，例如熔融温度或玻璃化转变温度，并且常规立体化学会使材料有更好的性能。
Tong说他的团队现在已经找到了一种方法，可以用聚酯合成出具有规则的立体化学结构的材料。
“目前还没有办法进行这种化学研究，”Tong说：“人们之前已经做过与聚乳酸类似的研究，但我们已经从根本上表明，如果我们控制立体化学，聚酯的物理和化学性能就会得到改善。”
Tong和他的博士后Quanyou Feng发现了一个简单到令人惊讶的化学反应过程，就是使用家用灯泡引发聚合反应。该反应以一种新型的Ni / Ir作为光催化剂，并用一个立体选择性的Zn催化剂来引发O-羧腈氢化物单体的开环聚合反应来合成这些改进的聚酯。单体聚合方便且用少量催化剂在几小时内就可完成反应。所得材料具有较高的分子量、结晶度和热稳定性，并且可以在碱性水溶液中被降解。
Tong说：“如果使用常规催化剂，不能控制产物的立体化学构型，但我们发现该催化剂可以做到这一点。在我们的论文中，我们展示了如何设计这样的立体选择性催化剂，以及它们如何帮助进行立体化学控制。”
邻羧酰肼是由氨基酸组成的天然有机化合物。因此以邻羧酰肼为原料合成的聚酯会降解，与目前广泛使用的不可降解的聚烯烃不同。此外，邻羧酰肼化物可以给聚酯引入不同的官能团，进而使聚合物的应用多样化。目前，FDA仅批准了一些用于生物医学应用的聚酯。在反应结束后，Tong与化学系助理教授兼MII院院士Guoliang Liu一起工作，证明新聚合物的性能得到了改善。
“Tong博士的实验室有超前的催化剂设计和聚合技术，而我们有出色的表征和加工技能，所以我们合作是必然的，”Liu说。“控制和证明这个催化反应不是一个简单的过程。差示扫描量热法和核磁共振的表征结果为我们合成产物的结构和性质提供了强有力的证据。”
将这些聚酯应用到其他领域还在进行中，Liu说，但就目前而言，这已经是材料研究的一大进步。
Liu说：“这种控制立构规整度的聚酯合成方法可以提供给我们一个以前没有的聚合物材料库。”
这一化学上的创新让Tong和Liu激动不已，希望未来能生产出可降解的绿色塑料来取代今天存在于垃圾填埋场和海洋中长达几十年或数百年的石油塑料。
Tong提到，这种新型的聚合物合成技术仅在学术实验室规模上得到了验证。 目前仍有许多工作要做，比如表征这些功能材料和完善正在申请专利的合成放大过程。
“看到这些可降解聚酯应用在市场上，实现塑料工业和生物医学的应用是我们的梦想。”Tong说。”Tong说。
原文来自：advancedsciencenews，原文题目：Polymer Researchers Discover Path to Sustainable and Biodegradable Polyesters。
