近日，中国科学院理化技术研究所工程和生态塑料国家工程研究中心季君晖、王格侠、黄丹团队在生物降解高分子材料领域取得重要进展。团队提出了一种基于“分子间作用力增强补偿主链键能削弱”的创新设计策略，成功研制出一类兼具优异机械强度与快速环境（海水/堆肥）降解性能的新型PET基共聚酯材料。

随着全球对塑料污染治理的深入，开发能够在自然环境中（尤其是海洋环境）快速降解的替代材料已成为国家面临的重要战略需求。然而，目前可降解塑料的分子结构设计面临着“强度与降解性”之间的矛盾。在实现快速降解的过程中，通常需要在聚合物主链中引入易水解的柔性链段或弱键，然而这会导致结晶度降低、化学键能减弱，从而使材料的机械强度大幅下降。例如，广泛应用的生物降解塑料PBAT的拉伸强度通常仅为20 MPa左右，难以满足高负荷应用的需求。因此，如何开发速度上媲美工程塑料强度、同时具备快速矿化能力的全生物降解材料，成为当前学术界和产业界亟需解决的瓶颈问题。

针对上述挑战，研究团队摒弃了单一化学改性的传统思路，创新性地提出了一种协同调控策略。 团队首先在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）刚性骨架中引入己二酸（AA）调节链柔性。利用聚集诱导发光（AIE）机理，通过高灵敏度荧光光谱技术，对不同配比共聚物的分子间相互作用进行了可视化表征与筛选，最终确定了具有最优分子间非共价相互作用（如π-π堆积）的基体配方（PEAT70）。这种增强的分子间作用力充当了物理交联点，有效补偿了结构改性带来的强度损失。在此高强度基体之上，团队进一步精准植入乙醇酸（GA）或乳酸（LA）作为“降解触发点”，构建出PEATG和PEATL系列共聚酯，使这些位点在水环境中能够迅速诱导聚合物链断裂，从而实现了力学性能与降解速率的最佳平衡

实验结果表明，该策略有效突破了传统材料的性能瓶颈。新型PEATG/PEATL共聚酯凭借增强的分子间作用力，在无定形结构下实现了高达69.9 MPa的拉伸强度，力学性能远超商业化PBAT产品。更重要的是，材料在保持高强度的前提下并没有牺牲降解性：高强度PEATG120薄膜在南海海域浸泡238天后，分子量骤降96%，同时出现明显的蜂窝状侵蚀；另外，PEATG80样品在工业堆肥条件下122天内的矿化率达到了43.6%，充分证明了其作为高强度、海水可降解材料的实际应用价值。

该项研究不仅开发了一系列具有自主知识产权的高性能降解聚酯材料，更重要的是提出了一套通用的“非共价作用力补偿”材料设计方法。该成果为开发面向海洋渔业器材、长效农用地膜及高阻隔包装等高端应用场景的下一代环境友好型塑料提供了坚实的理论基础和技术支撑，对推动我国塑料污染治理和生物降解材料产业升级具有重要意义。

本研究工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市教育委员会科研与发展计划、海南省重点研发项目及中国科学院相关项目的支持。论文第一作者为中国科学院理化技术研究所博士生刘田园，通讯作者为黄丹副研究员、季君晖研究员和王格侠研究员。

图1. 基于光谱学技术的材料可视化筛选策略
利用紫外-可见吸收光谱与荧光光谱技术，筛选出具有最优分子间非共价相互作用（AIE效应）的基体配方，图为不同配比材料在紫外光下的荧光响应对比，直观展示了分子间作用力的增强。

图2. PEATG和PEATL共聚酯的制备和结构表征
通过一步法熔融缩聚，成功将易水解的乙醇酸（GA）和乳酸（LA）单体引入聚酯主链。核磁共振（¹H NMR）及红外光谱（FTIR）证实了目标产物的分子结构与设计高度一致。

图3. 力学性能和荧光性能表征：
左侧图表（a, b）通过实测数据证实该系列材料力学性能显著优于PBAT等主流商业降解塑料，成功克服了传统改性中“强度大幅下降”的瓶颈；右侧（c）则利用荧光光谱技术，直观揭示了这一性能突破的核心机制,即通过增强分子间非共价相互作用（如π-π堆积）来构建高强度的物理网络。

图4. 水解200天后PEATG和PEATL共聚酯的表征
(a) 无酶与有酶缓冲液中的降解比较；(b) PEATG120/PEATL120 表面结构变化；(c) Mn 的时间演变；(d) 链断裂数目 S 的变化；(e) 降解后 PEATG120/PEATL120 的 1H NMR 谱。GA/LA 的引入实现了“高强度+快速降解”的设计目标，且降解过程呈现明显的体相降解特征与可控性。

图5：自然海水与堆肥条件下 PEATG/PEATL 的降解表现与矿化性能。
海水环境下，PEATG/PEATL薄膜表面随时间出现更密集的孔洞与侵蚀，GA/LA 含量越高，降解越迅速。堆肥条件下，矿化率在 122 天达到显著水平，PEATG80/PEATL80且与其他共聚酯相比显示出有竞争力的降解性能，且 PEATG80/PEATL80 的矿化率达到较高水平，显示高强度材料在自然环境中也具备快速降解能力，与对比聚酯相比具有竞争力，证实“高强度+快速降解”的设计潜力在海水及堆肥环境中的可行性。