机械可调且部分化学可回收的三嵌段共聚酯的开发及其性能研究

针对可持续聚合物材料开发中的回收难题，苏州大学研究人员设计了一种以PBDXO为硬段、PTMC为软段的三嵌段共聚酯（BTB）。该材料通过微相分离结构实现机械性能可调（拉伸强度达17倍提升），并利用硬/软段天花板温度（Tc）差异实现PBDXO选择性化学回收（回收率>90%），为可回收嵌段共聚酯设计提供了新策略。

　　

随着塑料污染问题日益严峻，开发兼具优异性能和环境友好特性的高分子材料成为研究热点。传统塑料如聚乙烯难以降解，而聚乳酸（PLA）等可降解材料又面临机械性能不足的瓶颈。更棘手的是，多组分聚合物的回收往往需要复杂分离工艺，导致实际回收率不足30%。在这一背景下，苏州大学化学化工与材料科学学院、江苏省先进功能聚合物材料重点实验室的研究团队在《Giant》发表论文，通过创新设计三嵌段共聚酯结构，成功实现了材料机械性能的可调控和部分化学回收。

研究采用两步法合成策略：首先以二苯基磷酸酯（DPP）催化合成羟基封端的聚三亚甲基碳酸酯（PTMC）软段，再以辛酸亚锡[Sn(Oct)₂]催化引发3,4-二氢-2H-苯并[b][1,4]二氧杂环庚-2-酮（BDXO）开环聚合，形成PBDXO-PTMC-PBDXO（BTB）三嵌段结构。通过核磁共振（¹H NMR）、凝胶渗透色谱（SEC）和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）确认分子结构，并利用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）和万能拉力机系统表征性能。

微相结构调控机械性能

通过调节硬段PBDXO占比（f_hard=0.27-0.46），材料断裂强度可提升17倍。当硬段含量达46%时，拉伸强度显著提高但断裂伸长率降低；而增加分子量（BTB-4）可使伸长率提升至300%以上，证明机械性能可通过分子设计精准调控。DSC测试显示低分子量样品（BTB-1/2/3）呈现单一玻璃化转变温度（T_g从-2.5°C升至10.7°C），而高分子量BTB-4出现双T_g（-35°C和55°C），表明微相分离程度随分子量增加而增强。

阶梯式热分解与选择性回收

TGA显示材料呈现阶梯式分解：PBDXO硬段在230°C优先分解，PTMC软段则稳定至300°C以上。利用这一特性，在160°C、Sn(Oct)₂催化下可实现硬段高效解聚（BDXO回收率>90%），而软段PTMC保留率达95%。SEC分析显示回收PTMC分子量分布（D）从1.46增至1.89，主要源于高温下的酯交换副反应。

表面侵蚀型降解行为

碱性水解实验（0.2 mol/L NaOH）表明，BTB-2薄膜64天后质量保留87%，SEC曲线保持单峰但分子量缓慢下降，扫描电镜（SEM）观察到表面从光滑逐渐变为多孔结构，符合表面侵蚀机制。

该研究创新性地通过"硬段可回收-软段保形性"的设计策略，解决了传统嵌段共聚酯回收时组分难以分离的难题。PBDXO硬段赋予材料优异的热稳定性（T_d,5%>230°C）和机械强度，而PTMC软段确保材料柔韧性，二者协同作用实现了性能与可持续性的统一。这种基于天花板温度差异的选择性回收方法，为发展闭环可回收高分子材料提供了普适性思路，对推动塑料循环经济具有重要意义。