高性能生物質可降解聚合物—聚脲酯的合成與性能

《高性能生物質可降解聚合物—聚脲酯的合成與性能》是依託華南理工大學，由湯棟霖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高性能生物質可降解聚合物—聚脲酯的合成與性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：湯棟霖
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

生物質可降解聚合物是非石油路線的環境友好材料, 本項目旨在研究生物質可降解聚合物：脂肪族聚脲酯。申請人計畫以脂肪二元醇為起始物合成氨基脂肪醇，氨基脂肪醇與尿素反應得到二羥烷基脲, 二羥烷基脲與脂肪二酸或者二酯進行縮合聚合合成聚脲酯。其中, 起始物二元醇和二元酸（酯）由可再生原料糖、植物油等轉化而來。所設計的聚脲酯在化學結構上與傳統脂肪族聚酯的差別是在酯基之間加入脲基，形成‘酯-脲-酯’的重複單元。由於脲基使分子間形成氫鍵，該類聚合物在保持生物可降解性的同時具有更高的熔點, 力學強度和良好的結晶性能。我們將系統研究該聚合物結構與性能的關係，最佳化合成條件，發展高性能生物質可降解聚脲酯。

結題摘要

本項目旨在開發具有高熔點的生物基生物降解聚合物。脂肪族聚酯是一類優異的生物降解聚合物，但是它們的熔點普遍比較低，使其套用受到很大的限制。脲基的引入可以提供氫鍵氫鍵，從而可以極大提高聚合物的分子間作用力，提高熔點。同時，脲基也具有相當的生物降解性能，脲基的引入不會對生物降解性能產生較大的影響。為此，本項目提出在脂肪族聚酯鏈中引入脲基，即合成一類新型的高熔點的生物降解聚合物——聚脲酯（PUE）。本項目按照計畫執行，成功開發出一系列聚脲酯，經研究發現，聚脲酯相對於對應的脂肪族聚酯有較高的熔點，可達130 °C，與此同時，聚脲酯也保持了較優異的生物降解性能，聚合物在37 °C的脂肪酶緩衝溶液中降解16周后的質量損失可達40%。在此基礎上，我們進一步提出在聚酯的主鏈引入環狀脲基（異氰脲酸酯環），甚至同時引入異氰脲酸酯環和脲基，成功開發出另外兩類新型聚合物——PICE和PICUE，異氰脲酸酯環的引入同樣可以提高聚合物的熔點，PICE的熔點普遍在120 °C左右，異氰脲酸酯環的引入無法保持原有的生物降解性能，PICE的在脂肪酶緩衝溶液中的質量損失基本上小於10%。但是異氰脲酸酯環的引入可以提高聚合物的阻燃性能，PICE的氧指數30-40%，屬於B1阻燃級別。總而言之，通過本項目的研究，我們開發了三類新型的聚合物，PUE、PICE和PICUE，兼具高熔點和生物降解性的PUE的開發成功解決了脂肪族聚酯的低熔點問題，PICE和PICUE則兼具高熔點和阻燃性。在聚酯中引入脲基（直鏈或者環狀）將是一種提升或者拓展聚合物性能的有效手段，在今後的工作中我們將進一步將此方法套用到聚碳酸酯和聚醯胺的性能拓展上。