《鈦酸酯催化環酯活性開環聚合》是依託華中科技大學，由朱明強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈦酸酯催化環酯活性開環聚合
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱明強
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對聚乳酸和聚己內酯等生物可降解聚酯傳統合成工藝，順應當前國內外節能環保的綠色化學趨勢，圍繞鈦酸酯催化環酯綠色開環聚合這一基礎科學問題，開發用於環酯開環聚合的常溫常壓、生物相容性好且穩定高效無毒的鈦酸酯催化劑，包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯等大宗化學品，以及鈦酸烯丙酯、鈦酸炔丙酯、聚乙二醇鈦酸酯和螢光基團修飾的功能性鈦酸酯等。通過針對不同類型單體進行催化劑分子結構改造和合成工藝的最佳化，研究此聚合體系在本體、溶液和乳液聚合的聚合活性和聚合動力學特徵，揭示催化劑分子結構和催化活性之間的相關性，力圖解決聚合工藝的穩定性和低成本高分子量聚酯的合成瓶頸問題，為實現低毒、高效、節能、常溫常壓等綠色化學製造奠定基礎。設計合成帶藍、綠、紅、紅外以及螢光開關功能團的鈦酸酯催化劑，開發出具有良好發光性質的生物可降解聚酯，為其在生物醫學工程特別是生物相容性生物感測器方面的套用奠定基礎。
結題摘要
脂肪族聚酯作為一類生物可降解和生物相容性材料，它在環境保護和生物醫學領域具有極其重要的套用價值，於近幾十年引起了科學家們極大的研究興趣。相對工業上常採用辛酸亞錫作為催化劑在高溫條件下生產該類聚合物地方法而言，本實驗室使用市售的鈦酸酯作為催化劑或者以它們為原料製成的新型催化劑在低至室溫的條件下也能高效的引發內酯的開環聚合合成聚酯，該方法十分節能環保，且鈦元素對生物體無毒害作用。然而，當前人們對鈦酸酯低溫催化內酯開環聚合的認識並不多，本項目對此作出了一系列創新性的基礎研究。 在項目計畫框架下，研究了多種鈦酸酯催化脂肪族內酯均聚合反應的動力學過程，得到分子量可控、分子量分布窄的生物可降解聚合物。通過炔丙醇與鈦酸異丙酯進行酯交換反應得到鈦酸炔丙酯，進而引發己內酯進行本體開環聚合，合成帶有末端基炔丙氧基的聚己內酯，並成功的運用‘點擊化學’反應合成了基於聚酯的螢光高分子。通過聚乙二醇單甲醚與鈦酸異丙酯酯交換得到大分子引發劑，用於引發己內酯開環聚合得到聚乙二醇-聚己內酯親水疏水結構的嵌段共聚物，並研究了它們在溶液中的自組裝性質。研製了螢光功能化鈦酸酯催化劑，引發了己內酯等環狀單體的可控開環聚合。運用螺吡喃、二芳烯、聯咪唑等功能化的鈦酸酯合成螢光及螢光開關的聚己內酯，並成功實現了超分辨成像。 本項目還探究了鈦酸酯催化己內酯（CL）和丙交酯（LA）的共聚行為。 實驗結果表明，鈦酸酯能夠在較低溫度下高效地引發CL與LA的共聚，LA單體優先被聚合，當LA單體耗盡時，CL單體才能被大量的聚合，理論上“一鍋煮”便能形成梯形共聚物。但特別是在聚合物後期，受酯交換副反應影響，梯度共聚物的規整型被嚴重破壞，只能形成長度不等的微嵌段共聚物。本項目通過改變實驗條件和方法，成功地抑制第二種模式的酯交換反應，但第一種模式的酯交換無法完全避免。本體“一鍋煮”的聚合方法容易誘導酯交換副反應發生；溶液“一鍋煮”則能夠克服本體聚合黏度過大的缺點；先本體後溶液的方法綜合了前兩者的優點；“先PLA後PCL”共聚的方法可以得到較長嵌段的共聚物，而“先PCL後PLA”的聚合方法則能夠有效的克服酯交換反應，獲得二嵌段的共聚物。 本項目研究的鈦酸酯低溫催化內酯的開環聚合的普適性方法能夠方便的製備功能性聚酯材料並調節其各種物化性質，是一項十分基礎又具有套用前景的方法，無論是對科學研究還是工業生產都具有借鑑意義。
