中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)在朱錦研究員的帶領(lǐng)下，致力于生物基可降解聚酯、海洋降解高分子的高性能化及可控降解研究，開發(fā)了多種可高效固碳、減碳的聚酯材料。
草酸可從生物質(zhì)、煤化工、二氧化碳轉(zhuǎn)化等多種途徑得到，目前價(jià)格約3500元/噸，是有望降低生物降解材料成本的重要單體之一。電催化還原CO2形成草酸的制備工藝，為以CO2為原料制備高分子單體開辟了新的路徑。
草酸基聚酯最早問(wèn)世于1930年，因相鄰羰基的強(qiáng)吸電子效應(yīng)被賦予較快的降解能力，主要面向手術(shù)縫合線等應(yīng)用領(lǐng)域，但因草酸沸點(diǎn)低（150 ℃升華）、受熱易降解的特性，很難通過(guò)常規(guī)熔融縮聚的方式制備高分子量草酸聚酯，因而限制了草酸基聚酯材料的實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選原料單體、復(fù)配酯化催化劑、優(yōu)化縮聚條件等方式，成功合成了數(shù)均分子量高于7萬(wàn)的高分子量淺色草酸聚酯。通過(guò)聚酯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合成了一系列全域降解草酸共聚酯（降解速率0.2-2 wt%/天）以及高阻隔高強(qiáng)韌草酸共聚酯（拉伸強(qiáng)度可達(dá)到30-55 MPa，對(duì)氧氣和水的阻隔性為PBAT的69倍和18倍）。
在100L級(jí)反應(yīng)釜中實(shí)現(xiàn)草酸基聚酯的公斤級(jí)制備，并可與現(xiàn)有商業(yè)化可降解材料（如PLA、PBAT）等制備復(fù)合材料，能夠作為降解促進(jìn)劑提升復(fù)合材料的全域降解能力（圖1）。
相關(guān)成果以《New modifications of PBAT by a small amount of oxalic acid: Fast crystallization and enhanced degradation in all natural environments》《Melt polycondensation of poly (butylene oxalate-co-succinate) with great potential in curbing marine plastic pollution》《Fully Bio-based 2,5-Furandicarboxylic Acid Polyester toward Plastics with Mechanically Robust, Excellent Gas Barrier and Fast Degradation》為題，發(fā)表于J. Hazard. Mater.和ChemSusChem上。
在突破草酸基高分子材料合成問(wèn)題的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)對(duì)草酸的鏈結(jié)構(gòu)特征展開研究，通過(guò)在海水、河水、土埋、土壤表面等自然環(huán)境的降解行為對(duì)比，結(jié)合DFT計(jì)算和福井函數(shù)解析，從實(shí)驗(yàn)和模擬上驗(yàn)證草酸作為核心單體開發(fā)全域降解材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；利用草酸鏈段被H2O2等活性氧分子氧化的特性，實(shí)現(xiàn)草酸類聚酯的可控降解（圖2）。通過(guò)不斷降低H2O2的濃度（0.01-1M），能夠?qū)崿F(xiàn)草酸共聚酯7天內(nèi)分子量迅速降低，有望實(shí)現(xiàn)降解地膜在使用周期后的快速降解。
