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高耐热性可循环CO2基聚碳酸酯的设计

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塑料在人们的生活中扮演着非常重要的角色,而现代生活中所见到的绝大多数的合成塑料制品都源于石油炼化产品,它们在给予人们方便的同时,其难降解性的特点也在危害着环境。因此,开发基于生物质的环境友好型可持续聚合物是人类走向更好明天的必备行囊。尤其是通过人为手段实现聚合物循环过程即利用热、力或者化学方法实现聚合物降解,直接得到聚合单体的过程更显得尤为重要。可循环聚合物的开发与研究已成为高分子化学最为前沿的领域之一,从塑料到单体,已经连续两年被IUPAC选为化学领域十大新兴技术。然而如何制备具有耐热性且优异物理和机械性能的可循环聚合物仍是这一领域的巨大挑战。

精细化工国家重点实验室刘野教授、吕小兵教授团队一致关注于可循环CO2基聚碳酸酯的开发以及应用研究,在前期工作基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4862–4866, Macromolecules 2020, 53, 8, 2912–2918),以生物质糠醛为原料,通过简单高效的化学手段,将其转化为含氮功能化环氧烷烃单体,其在低温下可与CO2 发生高选择性共聚,得到的高分子具有突出的耐热性,其最快热分解温度高达350 oC,这是目前报道的最高值。且此类特殊的聚碳酸酯优异的机械物理性能。值得一提的是,此类CO2基聚碳酸酯无论在溶液还是本体条件下,都可以几乎完美的循环为环氧烷烃单体。利用原位红外、质谱、核磁等多种分析手段研究其解聚机理,发现与解聚成环状碳酸酯相比,其通过链回咬方式解聚为环氧单体具有更低的活化能,而氮原子的引入以及五元环的结构是能够实现聚合物到单体循环的关键。

以上研究成果以“Chemical Synthesis of CO2‑Based Polymers with Enhanced Thermal Stability and Unexpected Recyclability from Biosourced Monomers”为题ACS Catal. 2021, 11, 83498357上,论文的第一作者是大连理工大学硕士生于艳,通讯作者是大连理工大学精细化工国家重点实验室刘野教授和吕小兵教授。该项目得到了国家自然科学基金(NSFC, Grants 21871036, 22071016)和教育部青年学者奖励计划(Q2018046)的支持。






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