基于异艾杜糖-2,5-二甲醇的脂肪-芳香共聚酯的合成及降解行为研究

Utilizing the carbohydrate-derived monomers for new polymer synthesis has become a hot topic in the field of synthetic polymers. The poly(alkylene dicarboxylate)s-based biodegradable polyesters are known to have flexible polymer chains, leading to much lower thermal and mechanical properties compared to the semi-aromatic or aromatic polyesters, such as PET or PBT. To overcome this drawback, in this study, we investigate the synthesis of novel aliphatic-aromatic copolyesters by using a newly developed carbohydrate-based oxygen heterocyclic monomer, viz. isoidide-2,5-dimethanol (IIDML) from isohexides. Because of the high reactivity and capability of inducing crystallization from the melt, the target copolyesters poly(isoidide-2,5-dimethylene adipate-co-terephthalate)s (PIAT) are expected to be synthesized via the industrial viable melt polycondensation and solid state post-condensation techniques with high molecular weights and low discoloration. The intrinsic structural rigidity and hydrophilicity of IIDML renders PIAT copolyesters with enhanced thermal properties and biodegradabilities. The structure-properties relations and degradation mechanism will be studied to reveal the advantages of using IIDML for the synthesis and properties of biodegradable polyesters. The overall target of this project is to obtain biodegradable polyesters with enhanced thermal properties, which might trigger new insights for the development of new biodegradable polymeric materials and broaden the application scope of the biodegradable polymers.

利用碳水化合物及其衍生单体制备新型聚合物是近年来合成高分子领域的研究热点。针对聚烷基羧酸酯类生物可降解聚酯结构柔性大，热学、力学性能较差的问题，本项目利用前期由异己糖醇经增碳活化制备的氧杂环二元醇，即异艾杜糖-2,5-二甲醇（IIDML）与1,6-己二酸和对苯二甲酸构建新型脂肪-芳香共聚酯体系。利用IIDML的高反应活性和诱导熔体结晶能力，经熔融聚合及固相后聚合方法制备具有较高分子量和低黄变的PIAT共聚酯；利用IIDML具有的高结构刚性和亲水性，在提升共聚酯热学性能的同时获得较好生物降解性。研究共聚酯的结构-性能关系和生物降解机理，揭示IIDML结构单元对共聚酯多重性能的影响机制和优势。项目总体目标是获得具有较高热学性能的生物可降解聚酯，为开发新型生物降解材料及拓展其应用领域提供新思路。

针对传统聚烷基羧酸酯类生物可降解聚酯（如PBAT）结构柔性大，热学、力学性能较差的问题，本项目利用新型生物基氧杂环二元醇与 1,6-己二酸和对苯二甲酸构建新型脂肪-芳香共聚酯体系。利用多级聚合反应工艺，较为有效地克服了异己糖醇单体热敏感性高的问题，成功制备了一系列具有具有较高分子量和低黄变的生物可降解共聚酯；首次通过一锅熔融聚合方法获得了具有高嵌段度的共聚酯，突破了传统PBAT无规型共聚酯随着共聚单体添加量的提高，熔点和结晶度下降的问题。系统研究共聚酯的生物降解机理和结构-性能关系，揭示异己糖醇结构单元的独特结构特点，赋予共聚酯更高的亲水性，加速其在水解、酶降解中的中的降解速率。通过本项目的实施，项目团队首次利用自主开发的新型生物基单体，结构共聚酯化学结构调控，实现耐热型和生物降解性能的协同增强。 .该项目共发表研究论文7篇，授权专利3项，培养研究生4名，与荷兰格罗宁根大学共同培养博士研究生一名；项目团队在项目执行期间参加本研究领域国内、国际学术会议 10余次，做大会报告、邀请报告6次；与国内外课题组进行国内外科研合作；项目负责人与中国化学纤维工业协会合作，受邀撰写系列生物基纤维相关的科普论文4篇，介绍生物基材料和纤维、生物可降解材料及纤维的基本概念及分类，和行业代表性生物基、生物可降解材料；组织《纺织学报》 “纤维微塑料削减与可持续发展”专栏，受邀发表学术论文3篇。.总体较好完成了项目任务，研究成果为开发新型生物降解材料及拓展其应用领域提供新思路。