Synergistic Enzyme Mixtures to Realize Near-Complete Depolymerization in Biodegradable Polymer/Additive Blends

聚酯纤维 解聚 材料科学 单体 无定形固体 化学工程 化学 聚合物 聚己内酯 高分子化学 有机化学 复合材料 工程类
作者
Christopher DelRe,Boyce S. Chang,Ivan Jayapurna,Aaron Hall,Ariel Wang,Kyle Zolkin,Ting Xu
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:2
标识
DOI:10.1101/2021.08.25.457667
摘要

Abstract Embedding catalysts inside of plastics affords accelerated chemical modification with programmable latency and pathways. Nanoscopically embedded enzymes can lead to near complete degradation of polyesters via chain-end mediated processive depolymerization. The overall degradation rate and pathways have a strong dependence on the morphology of semi-crystalline polyesters. Yet, most studies to date focus on pristine polymers instead of mixtures with additives and other components despite their nearly universal uses in plastic production. Here, additives are introduced to purposely change the morphology of polycaprolactone (PCL) by increasing the bending and twisting of crystalline lamellae. These morphological changes immobilize chain-ends preferentially at the crystalline/amorphous interfaces and limit chain-end accessibility by the embedded processive enzyme. This chain end redistribution reduces the polymer-to-monomer conversion from >95% to less than 50%, causing formation of highly crystalline plastic pieces including microplastics. By synergizing both random chain scission and processive depolymerization, it is feasible to navigate morphological changes in polymer/additive blends and to achieve near complete depolymerization. The random scission enzymes in the amorphous domains create new chain ends that are subsequently bound and depolymerized by processive enzymes. Present studies further highlight the importance to consider host polymer morphological effects on the reactions catalyzed by embedded catalytic species.
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