基于植物来源环氧和酸酐的全生物基聚酯的合成及其结构-性能关系研究

Considering vast utilization and rapid depletion of petrochemical resources, finding alternative carbon resources for the production of chemicals and polymers becomes a significant challenge. Producing polymers based on renewable monomers has been the subject of several current research groups around the world. Among different types of polymers explored, polyesters based on renewable resources have been studied most extensively. polyesters can be produced by the related catalytic ring-opening copolymerization of epoxides and anhydrides, which, can offer a wide variety of polymer structures and properties. For the synthesis of bio-based polyestes, a series of plant-derived epoxide and anhydride monomer will be synthesized.Then, the proper catalysts will be selected to insure successful ring-opening copolymerization of epoxide with anhydride,consequently polyseters with a higher molecular weight will be obtained. The influence of the structure of monomer and the molecular weight of polyestes on the properties of the polymers will be investigated from a viewpoint of material chemistry. This method will offer a new way to the formation of alternating polyesters based on plant resources.

以可再生资源为原料合成的生物基聚酯具有保护环境和的节约资源双重作用，是目前是高分子材料领域中备受关注的课题。针对生物基聚酯结构单一、侧链缺少可功能化基团、性能无法满足应用多样化需求等瓶颈问题。本申请拟基于植物资源的环氧单体(月桂烯环氧、蒎烯环氧、柠檬烯环氧)和环状酸酐单体（衣康酸酐、樟脑酸酐）的交替共聚，构筑一系列结构多样、性能丰富的全生物基聚酯；深入探索植物来源的环氧化物与环状酸酐共聚合反应的新型高效催化体系，合成出数均分子量超过5万的全生物基聚酯。在此基础上，充分利用全生物基聚酯的侧链双键对其进行后修饰，并详细研究全生物基聚酯结构与性能之间的关系，形成基于植物等可再生资源合成全生物基聚酯的新型路线。本课题的开展将丰富全生物基聚酯的合成方法，并对蒎烯、月桂烯及衣康酸等可再生资源的高值化利用具有重要的意义。

随着石油化石资源的不断枯竭，从可再生生物资源出发合成功能高分子材料逐渐成为高分子材料领域研究的热点。此外，生物质材料结构中往往含有许多活性官能基团，如羟基、羧基、氨基等，以此出发可实现许多复杂聚合单体的合成，从而进一步构建结构多样、且性能丰富的功能聚合物体系。本项目主要以生物质材料的高附加值利用为研究目标，以生物资源为起点设计开发了聚氨基酸、聚类肽、聚氨酯和聚烯烃等多种具有特殊结构单元的功能化聚合物材料，并根据材料的不同物理、化学性质，有针对性的研究了其在药物负载、蛋白质负载、荧光量子点和锂-硫电池等领域的应用。（1）以月桂烯、樟脑酸酐为原料制备了分子量大于20000的全生物基聚酯，通过砜基保护-后修饰方法成功实现了荧光基团的引入，同时脱保护后的聚酯分子还可以与马来酰亚胺单体协同构建自修复聚合物材料体系。（2）利用月桂烯环氧单体与聚乙烯亚胺的交联反应，制备了含砜基、巯基以及硫代胺酯键的聚合物体系。我们将此聚合物作为粘结剂应用于锂-硫电池体系中，所得电池初始容量可达1200 mAh/g，且循环100圈后，电池容量仍可保持在80%以上。（3）以赖氨酸为主要研究对象，通过设计新型功能单体和采用多组分聚合、开环聚合等聚合方法，成功实现了聚酯-b-聚烯烃弹性体、聚类肽、聚氨基酸等多种具有良好生物相容性的功能聚合物材料，并应用于药物负载、荧光量子点等领域。（4）以半胱氨酸为原料合成新型硫内酯单体，通过硫内酯与氨基的点击化学反应，构建了一系列含巯基高聚物材料；利用巯基的氧化还原自修复特性，将这类高聚物材料应用于锂-硫电池正极，成功实现了高比容量（初始大于1600 mAh/g）、高循环稳定性锂-硫电池的构建。此外，这类含巯基高聚物材料还可以替代目前商业化的PVDF、SBR和CMC水性黏结剂应用于锂电池负极，在Si/C电池和Sn电池负极中，也可以起到良好的效果。