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我国学者与海外合作者在可循环聚酯塑料研究方面取得进展

日期: 2022-12-02
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来源:国家自然科学基金委员会


研究成果以“基于简单偕二烷基取代戊内酯的可循环聚合物平台(A circular polyester platform based on simple gem-disubstituted valerolactones)”为题,于2022年11月8日发表在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志上。
在国家自然科学基金项目(批准号:21774017)等资助下,大连理工大学徐铁齐教授团队与合作者美国科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen教授在可循环类聚烯烃聚酯塑料研究方面取得进展。研究成果以“基于简单偕二烷基取代戊内酯的可循环聚合物平台(A circular polyester platform based on simple gem-disubstituted valerolactones)”为题,于2022年11月8日发表在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-022-01077-x。
基于碳-碳键主链的聚烯烃类塑料在日常生活中应用广泛,然而由于碳-碳键和碳-氢键的相对化学惰性,该类塑料很难在自然环境中消融,带来严重的白色污染等环保问题。设计和开发本身具有化学回收性可闭环使用的聚合物有望从源头阻止白色污染,并减少对不可再生资源的依赖,因而成为近年来高分子化学领域的一个研究热点。闭环聚合物材料的开发需要兼顾聚合物的可聚合性、循环回收性和各项物理性能等多种要求,设计和开发新型单体并用于构建性能优异的可循环聚合物是其中最关键一环。
大连理工大学徐铁齐教授团队与合作者以商业化的生物基δ-戊内酯为原料,通过简单的偕二烷基取代策略,发展了基于六元环酯衍生物单体的闭环聚酯平台,开发出一类具有优异物理性能的新一代可循环类聚烯烃聚酯塑料(图)。在本项研究中,他们发现偕二烷基取代的戊内酯单体可在室温下经镧配合物等催化体系实现可控开环聚合,并且其聚合上限温度明显低于δ-戊内酯,表明其所形成的聚合物具有更好的解聚性。通过对解聚反应条件的优化,该团队发现该类聚酯经氯化锌催化可在相对温和的条件下100%解聚为单体。值得指出的是,经解聚回收的单体无需纯化即可重新用于聚合反应再次合成相同的聚合物,从而实现“ 单体-聚合物-单体”的闭合循环。该团队还发现改变烷基取代基的链长可有效调控聚酯材料的各项物理性能,包括聚合物的结晶性、熔融转变温度、拉伸强度、延展性和韧性等。此外,基于二乙基和二丙基取代的聚酯材料还展现出了优异的阻隔性能,其氧气渗透率和水蒸气透过率均可媲美商品化的低密度聚乙烯,因而有望在包装等应用领域实现替代。
该研究成果为开发具有内在化学回收性的闭环聚合物提供了一种新的思路,并有望加速高性能可循环类聚烯烃聚酯塑料的开发进程,推动可循环聚合物的实际应用。



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