聚丁二酸丁二醇酯/聚五亚甲基2,5-呋喃二甲酸酯共混物与嵌段共聚物的酶解机理研究及其在绿色包装中的应用

本研究针对生物基聚合物回收难题，通过Humicola insolens cutinase(HiC)系统解析了PBS/PPeF共混物与P(BS-b-PeF)15嵌段共聚物的酶解动力学差异，发现物理共混体系降解速率快于化学共聚物，为设计可调控降解性能的环保包装材料提供了关键机理支撑。

　　

随着欧洲人均包装废弃物量预计在2030年达209公斤，传统石油基塑料如PET面临的回收瓶颈日益凸显。2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为可再生单体开发的聚五亚甲基2,5-呋喃二甲酸酯(PPeF)虽具有优异气体阻隔性，但其与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)组合时的降解行为尚不明确。这项发表于《Polymer Degradation and Stability》的研究首次揭示了两种聚合物不同组合方式对酶解效率的调控机制。

研究团队采用凝胶渗透色谱(GPC)追踪分子量变化，结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析表面化学基团演变，通过核磁共振(NMR)解析水解产物组成，并利用扫描电镜(SEM)观察形貌演变。所有实验均在65°C、pH8的磷酸钾缓冲体系中完成，酶浓度梯度设置为1-5μM HiC。

3.1 酶解动力学差异

重量损失数据显示，1μM HiC作用下PBS及其物理共混物3小时内完全降解，而PPeF均聚物需24小时。嵌段共聚物P(BS-b-PeF)₁₅降解速率介于两者之间，证实化学键合会延缓酶解。

3.2 单体释放规律

HPLC检测发现5μM HiC处理24小时后，PPeF释放58.84mM FDCA，且FDCA/戊二醇比例随时间增加。PBS降解初期优先释放丁二醇，高酶浓度时丁二酸与丁二醇达到1:1化学计量比。

3.3 表面特性演变

SEM显示嵌段共聚物在酶解3小时后即出现多孔结构，2500倍放大下可见降解区域与未降解区域交替分布。FT-IR特征峰分析表明1712cm^-1（芳酯键）和1733cm^-1（脂肪酯键）强度同步下降，但762cm^-1呋喃环振动峰保持稳定。

3.4 分子机制解析

¹H-NMR检测到3.4-3.7ppm处末端羟基信号随反应时间增强，证实酯键断裂。GPC数据揭示PBS数均分子量(M_n)在3小时内下降>99%，而PPeF的M_n呈现先降后升的独特重组现象。

该研究证实聚合物组合方式直接影响酶解效率：物理共混因相分离界面更易被酶攻击，而嵌段共聚物通过化学键合实现降解速率调控。这一发现为开发"可设计降解"的绿色包装材料提供了理论依据，同时证明HiC在生物基聚酯循环利用中的巨大潜力。未来可通过调整嵌段长度和序列进一步优化材料寿命与回收性能的平衡。