近日，中科院长春应化所陶友华研究员、王献红研究员团队研究利用阴离子结合催化技术，成功制备出兼具高强度与按需降解性的聚2,3-二氢呋喃（PDHF）共聚物，相关研究在线发表于《Nature Communications》。

 

 

发展可降解和可回收的塑料以减少塑料垃圾已引起学术界和工业界的广泛关注。乙烯基聚合物是第一大高分子材料，但其全碳-碳主链的惰性性质对其可降解性提出了巨大的挑战。聚2,3-二氢呋喃（PDHF）是一种特殊的乙烯基聚合物，因其优异的强度、韧性、良好的阻隔性能和高透光率等优点而在食品包装、高性能树脂等领域具有潜在的应用前景。将可降解位点嵌入PDHF主链从而实现乙烯基聚合物的可持续化具有重要意义，但如何精确将可降解位点均匀分布在PDHF主链并同时保持高分子量，是极具挑战性课题。一方面，二氢呋喃单体的均聚速率相比于可降解共聚单体的共聚速率要快的多；另一方面，当聚合反应涉及不同类型单体共聚时，如何使得催化体系同时有效调控不同单体衍生的链末端，实现可控共聚合，更具挑战性。

 

研究团队选用环状缩醛作为可降解共聚单体，它可以优先加成到增长的DHF衍生的碳阳离子上，且具有不利的均聚倾向，因而能够实现少量的可降解位点均匀分布在PDHF主链。同时，阴离子结合催化能够特别有效地可逆活化不同类型的链末端，进而产生长寿命的增长活性种，获得高分子量（大于30万）的PDHF共聚物。该方法可以实现低含量的缩醛单元均匀插入高分子量的PDHF链中，在不牺牲本体材料的热机械、光学和阻隔特性的情况下，赋予按需水解降解性，实现了对乙烯基材料寿命终止管理。此外，该方法还可以很容易地适用于传统的阳离子聚合，以合成具有定制性能的可按需降解的聚合物。

 

阴离子结合催化二氢呋喃与环状缩醛共聚

 

初期的单体筛选表明，2, 2-二甲基-1,3-二氧杂环庚烷 (DMDOP)可作为二氢呋喃的理想共聚单体。采用硒代环二磷氮烷作为阴离子结合催化剂，以α-氯异色满（ICCI）为引发剂，通过调整DHF与DMDOP的投料比，成功制备出一系列高分子量共聚物。在高投料比下，研究团队首次成功合成了数均分子量大于30万的二氢呋喃-缩醛共聚物，实现了在高分子量的PDHF链上均匀插入低含量的可降解缩醛单元。

 

共聚物的物理性能研究显示，共聚物玻璃化转变温度(Tg)随缩醛含量增加而降低（122–100°C），热分解温度（Td,5%=332°C）与纯PDHF相近。拉伸测试中，P(DHF - DMDOP2.6) 的断裂伸长率（εb=39.0%）是纯PDHF（17.9%）的2倍；薄膜可见光透过率>90%，折射率1.54，氧气和水蒸气渗透率与纯PDHF相当，且表现出类似商业胶粘剂的粘合强度(5MPa)，兼具优异的热机械、光学和阻隔性能。

 

 

降解研究表明，高分子量的二氢呋喃-缩醛共聚物可在弱酸性条件下快速水解成结构明确的遥爪型低聚物，30天内发生表面侵蚀和碎裂，90天Mn降至6.0kDa。同时，水解得到的低聚物在氧化条件下具有完全的降解能力，可最终分解得到小分子产物。

 

 

本研究通过阴离子结合催化技术，成功实现了DHF与环状缩醛的可控阳离子共聚，制备出高分子量、低分散性且含稀疏缩醛键的PDHF共聚物。该材料能在温和酸性环境中完全水解为结构清晰的低聚物，同时保持出色的热机械、光学及阻隔性能。阴离子结合催化剂通过可逆活化不同活性种，有效抑制均聚并精确控制链增长，为乙烯基聚合物的可降解设计提供了通用方法。

 

该工作得到国家杰出青年科学基金以及区域联合基金重点项目等的支持。论文的第一作者为博士生张桢，陶友华研究员、王献红研究员为文章的共同通讯作者。（https://doi.org/10.1038/s41467-025-59834-8）