生物基塑料向耐久性和强度迈出了重要一步
在《自然通讯》最近发表的一篇论文中，由Gert-Jan Gruter教授领导的工业可持续化学小组的研究人员朝着生产完全生物基刚性聚酯迈出了重要一步。他们提出了一种简单而创新的合成策略，以克服生物基仲二醇固有的低反应性，并获得具有非常好的机械和热性能的聚酯，同时具有高分子量。它能够用已经在商业上可用的积木生产非常坚固和耐用的生物基塑料。
《自然通讯》杂志论文中描述的研究是在RIBIPOL项目中进行的，该项目由荷兰研究理事会NWO资助，由业界(特别是LEGO和Avantium)贡献。这家玩具公司支持这个项目，作为其塑料砖寻找非化石替代品的一部分。Avantium对瓶子和薄膜应用很感兴趣。这篇论文的第一作者是10月27日毕业的博士生Daniel Weinland。共有5名博士生参与了RIBIPOL项目，其中2人最近完成了论文答辩。
刚性是关键
一般来说，聚酯塑料是由小的二醇和二酸分子合成的。这些单体在缩合反应中相互耦合，以交替的方式形成分子组成的长聚合物链。宏观材料的性质既来自组成聚合物链的积木的数量，也来自单体的固有性质。特别是它们的刚性是坚固、坚固和耐用塑料的关键。在这方面，葡萄糖衍生的二醇异山梨酯在潜在的生物基单体中是独特的。它具有非常刚性的分子结构，已经在工业上可用。
然而，异山梨酯是相当不活跃的，在过去的20年里，获得有用的异山梨酯基聚酯是相当具有挑战性的。要获得足够长的聚合物链(以达到一定的延展性)，同时加入足够多的异山梨酯(以达到坚固耐用的材料)，几乎是不可能的。
加入芳醇
Weinland和他的RIBIPOL同事通过在聚合过程中加入芳醇来克服这一僵局。这导致了反应性芳香酯的原位形成和缩聚过程中端基反应性的显著增强，缩聚是聚酯合成的最后阶段，当异山梨酯低反应性抑制传统熔体聚酯反应中的链生长时。结果，高分子质量的材料可以与高分数的生物基，刚性仲二醇掺入，甚至高达100 mol%。以异山梨酯和琥珀酸为原料，首次制备出高分子量聚琥珀酸异山梨酯。由此产生的坚固塑料在耐热性方面优于现有的塑料，例如PET，这与重复使用有关-想想在85°C下洗涤的瓶子。异山梨酯基聚合物还显示出了良好的阻隔和机械性能，可以优于普通的化石基材料。
本文所述的新型聚合方法具有操作简单和使用标准聚酯合成设备的特点。它适用于现有的和新的聚酯成分;研究人员预测，基于低反应性单体的以前无法获得的聚酯组合物的探索，以及类似方法在聚酰胺和聚碳酸酯等其他类别聚合物中的应用。
参考:魏兰，范德玛斯，王勇，等。克服了生物基二级二元醇在聚酯合成中的低反应性。Nat Commun．2022; 13(1): 7370。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 34840 - 2
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