超高速、高选择性聚合技术，有望改善耐热性与强度方面的弱点
国内研究团队开发出一项合成技术，有望突破被视为代表性环保塑料材料——聚乳酸（PLA）性能上的局限。由于这一技术为改善现有PLA被指存在的低耐热性和机械强度问题提供了可能性，外界关注其能否扩大生物塑料的商业化应用范围。
延世大学化学系教授 Park Byeongsu 研究团队与韩国科学技术院（KAIST）化学系教授 Lee Yunmi 研究团队联合，于20日表示，他们利用新一代有机催化剂，在实现PLA快速合成的同时，成功开发出可对其分子结构进行精密调控的技术。
PLA以玉米、甘蔗等植物来源原料制备而成，属于可自然降解的环保塑料，已广泛应用于咖啡店一次性杯具及各类包装材料。但与普通石油基塑料相比，其耐热性较弱、强度较低，应用范围因此受到限制。
本次研究的核心在于对高分子“分子排列”的精密控制。研究团队成功构建出PLA分子链规则排列的“立构嵌段（stereoblock）结构”。与无序排列相比，这种结构可提高分子间的结合力，从而同时提升材料的耐热性和机械强度。
尤其是，研究团队利用相对廉价且易于商业获取的外消旋乳内酯单体，仅用数分钟便成功合成出高性能PLA。在室温条件下，其每小时反应周转数（Turnover Frequency，TOF）高达1710h⁻¹，展现出远高于以往体系的反应速度；在低温条件下，表征分子规整性的指标最高达到0.99，体现出极高的选择性。也就是说，他们在现有催化体系中难以同时实现的“速度”和“精密控制”两方面均取得了突破。
“通过分子排列设计提升环保塑料性能”
为确认合成PLA的结构，研究团队与延世大学化工生命工学系教授 Ryu Duyul 研究团队合作，进行了X射线散射分析。结果显示，PLA分子形成了呈层状排列的片晶结构（拉梅拉结构），而这正是推动其热学与力学性能提升的关键结构特征。
研究团队合影。自左起为 Kim Byeongsu 延世大学化学系教授（通讯作者）、Lee Yunmi 韩国科学技术院化学系教授（通讯作者）、Lee Sumin 延世大学化学系博士研究生（共同第一作者）、Lee Husung 韩国科学技术院化学系博士研究生（共同第一作者）。延世大学提供
View original imagePark Byeongsu 教授表示：“本研究通过催化剂对高分子结构进行精密调控，并阐明了复杂的反应机理，意义重大。研究结果表明，通过分子排列设计，有望大幅提升环保塑料的性能。”
他还补充称：“PLA是一种可生物降解的可持续材料，今后不仅可用于包装材料，还有望拓展至医疗材料等多个领域，潜力巨大。”
本研究在科学技术信息通信部出资支持下，依托韩国研究财团中坚研究者项目及纳米材料技术开发项目开展。研究成果已于本月4日在线发表于德国化学会主办的国际学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》。
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