新型聚酰胺酰亚胺的合成、结构与性质研究

本工作目的是用可再生资源制取一类新型聚酰胺酰亚胺(PAI)高分子化合物 - 聚柠檬酰胺酰亚胺。方法是采用微生物发酵的柠檬酸为主要原料, 研究柠檬酸与二胺在不同条件下反应所得到的拓扑结构不同的新型PAI 的结构与性质。这类化合物的主要成员有直线型、超支化型和交联型的聚柠檬酰胺酰亚胺和纯聚柠檬酰胺。研究它们聚集态结构、机械性能、耐热性、化学降解性等，建立支化度、交联度和酰亚胺含量等结构因素与力学性质、耐温性能和化学降解性的关系；研究通过聚合诱导相分离(PIPS)过程产生的亲水性能良好的不对称微孔形貌结构特征与控制, 并阐明漆酶催化下的降解行为。本项目为开辟可生物降解高分子提供新方法和新途径，有利于节能减排和循环经济的发展。

本项目采用可再生资源制取一类新材料，聚柠檬酰胺酰亚胺和聚柠檬酰胺。方法是采用微生物发酵的柠檬酸为主要原料, 制取结构不同的新型聚酰胺酰亚胺–直线型或交联的聚柠檬酰胺酰亚胺和超支化的聚柠檬酰胺。研究它们的聚集态结构和物理性能(机械性能, 耐热性)、化学降解和酶催化下的降解行为、降解产物的结构。本项目的创新点是采用生物代谢产物柠檬酸为原料，改善合成聚酰胺的生物降解性, 而且减少了对石油原料的依赖，形成基于生物资源合成的“绿色”聚酰胺。. 本项目实施期间取得的成果有：.(1) 研制了新型聚柠檬酰胺酰亚胺聚合物。观察到该聚合物存在大量的非晶结构，这与聚合物较低的密度一致。热分析表明聚合物有两个玻璃化转变温度，分别对应于酰亚胺和酰胺结构。聚合物的热稳定性较高，有明显的分两步的热降解过程，且降解温度基本一致，不随原料比例的改变而改变。由于存在羟基、酰胺以及酰亚胺基团，聚柠檬酰胺酰亚胺具有较好的亲水性。另外，还研制了一类新型聚琥珀酰胺-柠檬酰胺酰亚胺共聚物，具有较好的机械力学性能和有较好的可降解性。琥珀酸含量高的薄膜拉伸强度较高, 可在28-73MPa的范围变化，断裂伸长率可以在15%-40%的范围变化。.(2) 通过聚柠檬酰胺酰亚胺的水解，发现了一类新型的基于柠檬酸的水溶性聚酰胺，对金属离子有较好的螯合效果。用二维HSQC NMR技术证实了水解产物的结构与可生物降解的聚天冬氨酸(PASP)的结构类似，并且实验发现它对于钙离子和铅离子的螯合能力比PASP更好。因与过渡金属离子能形成稳定的配合物，它能用作一种新型的金属离子的绿色螯合剂。含柠檬酸比例较大的共聚物具有更强的金属离子螯合能力。.(3) 发现柠檬酸分别与乙二胺、二乙烯三胺反应生成的聚酰胺(分子量1万~20万)具有良好的水溶性, 这种中性的聚酰胺对于水溶液具有较高的抗冰冻能力。预期它在深海天然气开采中用作天然气水合物抑制剂、塑料加工流变助剂、表面活性剂、聚酰胺合金相容性改性剂、尼龙纤维改性、缓释农药、有机-无机杂化材料的结构控制剂等方面具有应用价值。. 本项目为开辟可生物降解高分子提供新方法和新途径，有利于节能减排和循环经济的发展。本项目实施期间已经发表SCI论文7篇(同时被EI收录的1篇)，中文核心期刊论文2篇，被批准的发明专利7项，会议论文2篇。今后还有若干论文成果发表。