第一作者：谢慧 林肖广

通讯作者：蔡秋泉 张洪杰 朱蔚璞  

通讯单位：化学与精细化工广东省实验室

原文链接：10.1002/adma.202503881

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论文着重总结了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提出一种受DNA编辑启发的模块化分子编辑策略。该策略通过两步精准反应，将废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）直接转化为高性能、可堆肥降解且可3D打印的聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）。第一步通过羟基酯交换在主链引入己二酸与丁二醇单元，形成羟基封端PBAT；第二步通过羧基酯交换或酯-酯交换修饰端基，得到多种不同端基的PBAT，突破了单一类型PBAT的性能限制。所得材料性能优于商业产品，并且无需添加剂即可直接应用于3D打印。中试规模验证了工业化可行性，其闭环回收（PBT与PBAT互转）与堆肥降解提供了双重可持续路径。技术经济分析证实该策略兼具环境与经济效益，为废弃聚酯高值化再生提供了新方法。

背景介绍

废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）因其优异的耐热、绝缘和机械性能，广泛应用于电子、汽车及日用品领域。然而，其苯环结构与疏水性使其难以自然降解，传统处置方式既浪费石油资源又污染环境。现有回收技术有面临着诸多问题，如机械回收导致性能劣化；化学回收虽能解聚，但产物分子量显著降低且成本高昂。尽管聚合物直接转化策略（如PET再生）展现潜力，但PBT向高价值PBAT的转化仍受限于冗长、昂贵的传统路径，并且得到的产物功能单一。受DNA编辑启发，本研究首次提出模块化分子编辑策略，通过精准修饰PBT分子主链与端基，直接实现废弃PBT向高性能、可堆肥、可3D打印的PBAT的转化，为废弃聚酯闭环再生提供了新道路。

图1：该图展示了本工作中对PBT废弃物进行模块分子编辑的示意

研究出发点

为确认分子编辑策略的成功实施，需严格验证四种PBAT拓展的端基结构。核磁与质谱分析表征显示结果与预期一致（图2）。多模态表征共同证实端基编辑的成功，证实本工作突破传统PBAT功能单一局限，为性能调控奠定了基础。

图2：四种不同端基产物的核磁与质谱表征结果

作者将分子结构的可编辑性转化成为实际性能优势（图3）。力学测试表明：主链比例调控赋予了PBT来源的PBAT宽泛的拉伸强度与高延展性；进而通过端基修饰可显著提升拉伸强度和延展性。通过模块分子编辑，产物性能实现了全面超越商业产品（包括来源于石化资源的原生PBAT和非降解塑料如低密度聚乙烯，LDPE），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

本研究通过引入不同端基对PBAT进行修饰，成功克服了其熔体强度低、依赖添加剂进行3D打印的局限。所获得的四种PBAT变体不仅适用于薄膜制备和注塑成型，更重要的是，在常规加工温度下即可实现无添加剂的熔融3D打印（图4）。同时，该突破也显著拓宽了PBAT在注塑件、薄膜等领域的工业应用前景。

图4：产物应用展示

为化解PBT难降解与PBAT混合回收难题，作者进一步设计了社会循环/生物堆肥的双可持续路径（图5）。借助交换反应可实现不同组分PBAT之间的转化，从而实现不同的应用方向。并且，本工作中引入的脂肪链段（己二酸/1,4-丁二醇单元）赋予了产物可堆肥降解的特性，形成了“分子编辑→应用→循环/降解”的全闭环路径。

图5：产物闭环回收与堆肥降解评估

作者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。根据技术经济分析证实本工作所制作成本相较市面上得到大幅降低（图6），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

本研究采用模块化分子编辑策略，将废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）直接转化为高性能且可堆肥的多类型聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）。该策略利用羟基酯交换（HET）编辑主链，引入己二酸与丁二醇单元，再经羧基酯交换（CET）或酯 - 酯交换（EET）修饰端基，成功构建四种功能化 PBAT。该策略突破了传统回收的性能骤降瓶颈，使得产物分子量、热性能及机械性能得到全面提升。所得PBAT能够适应广泛应用需求，实现了在无添加剂下直接应用于3D 打印。技术经济分析显示本工作所制作成本相较市面上得到大幅降低，同时具备显著的可持续性优势。目前，该研究成果已顺利进入团队孵化公司进行产业化转化，预计将于近期实现投产。

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。