坚固耐用的生物基塑料的创新合成策略

在 Nature Communications 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全生物基刚性聚酯迈出了重要一步。

克服生物基仲二醇的低反应性

他们提出了一种简单但创新的合成策略，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，同时具有高分子量的聚酯。它能够从已经商业化的积木中生产出非常坚固耐用的生物基塑料。 Nature Communications 论文中描述的研究是在荷兰研究委员会 NWO 资助的 RIBIPOL 项目中进行的，该项目得到了工业界的贡献，尤其是乐高和 Avantium。这家玩具公司支持该项目，作为为其塑料积木寻找非化石替代品的一部分。 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偶联，从而以交替方式形成分子结构单元的长聚合物链。宏观材料特性既来自构成聚合物链的结构单元的数量，也来自单体的固有特性。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醇在潜在的生物基单体中是独一无二的。它具有非常刚性的分子结构，并且已经在工业上可用。 然而，异山梨醇相当不活泼，在过去的二十年中，事实证明获得有用的基于异山梨醇的聚酯非常具有挑战性。在加入足够多的异山梨醇（以获得坚固耐用的材料）的同时，几乎不可能获得足够长的聚合物链（以实现一定的延展性）。

使用芳醇提高反应性

Weinland 和他的 RIBIPOL 同事通过在聚合过程中加入芳基醇克服了这一僵局。这导致反应性芳基酯的原位形成和缩聚过程中端基反应性的显着增强，这是聚酯合成的最后阶段，此时异山梨醇的低反应性抑制了传统熔融聚酯化中的链增长。 因此，可以通过掺入高比例的生物基刚性仲二醇（甚至高达100 mol%）来生产高分子量材料。首次可以生产高分子量聚（异山梨醇琥珀酸酯），由异山梨醇和琥珀酸获得的聚酯。 由此产生的坚固塑料在耐热性方面优于 PET 等现有塑料，例如与重复使用相关——想想在 85 °C 下进行的洗瓶。基于异山梨醇的聚合物还显示出有前途的阻隔性和机械性能，可以胜过普通的化石基材料。 本文中描述的新型聚合方法的特点是操作简单且使用标准聚酯合成设备。它适用于现有的和新型的聚酯组合物；研究人员预见到基于低反应性单体的以前无法获得的聚酯组合物的探索，以及类似方法在其他类别聚合物（如聚酰胺和聚碳酸酯）中的应用。

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