蔡秋泉课题组Adv. Mater.：废弃芳香族聚酯的模块化分子编辑，构建高性能可持续及可3D打印材料体系！

以聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）为代表的芳香族聚酯凭借卓越的热稳定性、电绝缘特性及力学强度，在电子器件、交通工具与日用制品行业获得普遍应用。然而，其芳香环构型与疏水性质阻碍了自然环境中的分解进程，常规处置手段既消耗化石原料又引发生态污染，而现行再生技术存在性能降级与经济性过低等显著局限。相比而已，聚合物直接升级转化为高附加值材料的方案具备更好的应用前景，但其转化过程仍受制于冗繁的流程与高昂的成本问题。

为突破此困局，化学与精细化工广东省实验室蔡秋泉副研究员、浙江理工大学张洪杰特聘研究员和浙江大学朱蔚璞教授等人借鉴DNA编辑机制，开创性提出模块化分子编辑策略。通过两步精准化学反应，实现了废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）向高性能、可堆肥降解且适用于3D打印的聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的直接转化，为废弃聚酯资源构建循环型再生通路。该研究以题为“Modular Molecular Editing of End-of-Life PBT for High-Performance Sustainable and 3D-Printable Platforms”的论文发表在最新一期《ADVANCED MATERIALS》上。

【模块化分子编辑策略路线】

本工作受DNA编辑技术启发，通过两步精准反应，实现了废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）向更高性能的聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的直接转化（图1）。第一步通过羟基酯交换反应，在聚合物主链中成功引入己二酸与丁二醇结构单元，形成羟基封端的第一种PBAT变体；第二步通过羧基酯交换或酯-酯交换反应对端基进行选择性修饰，从而获得其他三种端基的PBAT变体。

图1：本工作机理图

【模块化分子编辑策略路线验证与产物应用展示】

为验证该策略的可靠性，须对编辑后的4种不同端基PBAT进行全面评估。本工作首先采用核磁共振与质谱对其结构进行解析，分析数据证实了模块化重组策略的成功实施。

图2：四种不同端基产物的核磁与质谱表征结果

随后，为验证其改性后的性能，对其进行了热学性能与力学性能的评估。力学测试表明：主链比例调控赋予了其更广泛的拉伸强度与韧性；而通过端基修饰后的PBAT性能更是优于来源于化工上游的原生PBAT。通过此策略得到的PBAT产物性能实现了全面超越商业产品，证实了本路线在性能上的调控优势。

图3：产物的性能表征结果

最终，为考察终产物的实用价值，本研究在模塑构件、薄膜体系及增材制造领域实施了多场景应用验证（图4）。通过引入不同端基对PBAT进行修饰，成功解决了材料熔融态力学性能不足、增材制造需外添助剂的固有缺陷。所获得的四种PBAT变体不仅兼容常规薄膜成型与注塑工艺，更关键的是在标准加工温域内实现了无外添剂的3D熔融沉积成型。该技术进展同步拓展了材料在精密注塑件、功能薄膜等工业场景的应用前景。

图4：产物应用展示

【可持续发展与经济效益分析】

本工作进一步对产物的可持续发展性与经济可行性展开系统评估。为验证其环境相容性，设计社会再生循环/生物堆肥降解双路径（图5）。借助交换反应可实现不同组分PBAT之间的转化，适配多元化应用场景。所引入的脂肪族嵌段（己二酸/1,4-丁二醇单元）赋予了材料在堆肥条件下的可控分解特性。

图5：产物闭环回收与堆肥降解评估

经济效益性分析显示本工作所制作成本相较市面上得到大幅降低（图6）。还通过规模化验证了该成果的产业价值，目前已成功实施100 L规模的中试试验，奠定了产业化的基础。

图6：本工作路线的经济效益分析

【总结与展望】

本研究基于模块化分子重构策略，将废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）定向转化为兼具高性能与可堆肥特性的多构型聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）。通过羟基酯交换（HET）反应实现主链拓扑编辑，精准引入己二酸/1,4-丁二醇单元；进而经羧基-酯交换（CET）或酯-酯交换（EET）完成端基功能化修饰，成功构建四种定制化PBAT材料。该方案突破了传统回收过程中的性能衰减限制，产物在分子量分布、热稳定性及机械强度等关键指标上实现协同优化。所得材料展现出优异的加工普适性，尤在熔融沉积式3D打印中实现零添加剂直接成型。技术经济评估证实生产成本较市售更低。目前该技术已完成百升级工程验证，进入产业化转化阶段。预计近期将于团队孵化公司聚链科技（汕头）有限公司进行投产。

【课题组介绍】

蔡秋泉，化学与精细化工广东省实验室纺织材料创新中心副研究员、聚链科技(汕头)有限公司执行董事。2021年6月于浙江大学高分子科学与工程学系获理学博士学位。作为创始人孵化成立聚链科技(汕头)有限公司。目前专注于可降解高分子材料的创新合成方法与功能化的研究。主持项目包括国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省科技创新战略专项（“大专项+任务清单”）、汕头市引进项目带头人落地孵化精细化工企业专项资金项目，获化学与精细化工广东省实验室青年人才引进启动项目支持。以通讯作者或第一作者在Adv. Mater.、Mater. Today、Angew. Chem. Int. Ed.、Macromolecules等国内外学术刊物上发表SCI论文10余篇，申请中国发明专利14件，已获授权9件，授权美国专利1件，申请国际PCT专利2件。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503881

来源：高分子科学前沿

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