研究背景：

为了减少塑料在环境中的堆积，生物降解塑料正在引起塑料市场的兴趣。然而，它们的商品应用受到其较差的物理性能的限制，如玻璃化转变温度和热稳定性较低，限制了其应用。以高玻璃化转变温度(Tg)和良好的(海洋)生物降解性为目标，近年来开发了一类新型的完全可再生聚(异山梨酯-二醇)草酸酯共聚酯（PISOX-HDO）。

通常，声称可生物降解的塑料在工业堆肥条件下进行测试，然而，它们在自然界中的生物降解速度可能不像消费者根据这些测试所预期的那样快。因此，在环境温度下在土壤和海洋环境中测试新型塑料对于评估其环境生物降解性和自然命运具有重要意义。鉴于水解被认为是聚酯生物降解的速率限制步骤，由于聚草酸盐(草酸基聚合物)及其共聚物对水解(水分)的敏感性，在海洋和土壤环境中，PISOX-HDO有望被生物降解。

研究内容：

Van ‘t Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS), University of Amsterdam的Wang Yue，Davey Charlie J. E.等研究者们基于频繁监测CO2析出的原理，利用一个拥有95个平行反应器的Respicond系统，评估了具有代表性的共聚酯聚(异山梨酯-co-1,6-己二醇)草酸酯(PISOXHDO)在土壤和海洋环境的环境温度(25°C)下的生物降解性。为了了解其机理，还研究了该单体在土壤中的生物降解和PISOX-HDO在水中的非酶水解，并通过1H NMR跟踪水解产物的形成。

主要研究结果：

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图1.聚（异山梨醇-co-1,6-己二醇）草酸酯（PISOX-HDO）

图2. 53天生物降解曲线(a) PISOX-HDO及其单体，纤维素(参考)，(b)低浓度草酸，1,6-己二醇，草酸钠和单体混合物。阴影区域表示除1,6-己二醇和草酸(在(a))外，至少三次重复的标准差，在这种情况下，它表示重复的范围。

图3.PISOX-HDO预暴露土壤中异山梨酯和PISOX-HDO生物降解产生的CO2(每容器)的释放速率。2-3个重复的平均值用点表示。

图4. PISOX-HDO和纤维素在海水中以及在海水-沉积物界面上的生物降解曲线。绘制平均生物降解百分比(线)。阴影区域表示至少三次重复的标准差。由于Respicond的水浴温度意外下降到20.3°C，因此排除了2至4天之间的数据。

图5.异山梨酯、1,6-己二醇和PISOX-HDO在1ml D2O中的1H NMR谱，其中2.0 mg二甲亚砜为内标：显示了0 d、42 d、74 d和120 d反应时间后的测定结果。左边的节选显示了该区域在8.2 ppm附近的扩展。

图6.(a)单体(异山梨酯和1,6-己二醇)在25°C D2O中水解6个月期间的单体的单产率占其理论最大释放量的百分比。误差棒表示三次水解实验的标准偏差。(b) PISOX-HDO(褐色颗粒)在NMR管中水解前后的照片。留下的深棕色颗粒是催化剂。

研究结论：

共聚酯聚(草酸异山梨酯)-co-1,6己二醇(PISOX-HDO)在土壤和海洋环境中的生物降解性通过使用呼吸计(Respicond)在环境温度(25°C)下实时监测CO2的形成进行评估。在土壤和海水中孵育50天，PISOX-HDO的矿化速度比纤维素快。另外，共聚酯在土壤中会在几个月内完全降解为二氧化碳和生物量，而在含沉积物的海水中完全降解将接近一年。与目前大量生产和丢弃的大多数塑料相比，它在海洋环境中的降解就显得尤为突出。此外，还表明(酶)水解为其单体是该生物降解机理的速率决定步骤，而这些单体随后可以被消耗掉，而且在环境中被(微)生物矿化的速度比聚酯快得多。

共聚酯的高Tg(>100°C)和高水平的生物降解性的结合是相当独特的，使其适合短期应用如一次性塑料(涂层)咖啡杯，这要求强大的机械和物理性能。最初的热冲击测试显示，没有可测量的单体释放，这似乎使其成为这种应用的理想材料。

参考文献：

Biodegradability of novel high Tg poly(isosorbide-co-1,6-hexanediol) oxalate polyester in soil and marine environments

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152781