中科院长春应化所王献红研究员团队：功能化二氧化碳基多元醇的精准合成

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二氧化碳是一种温室气体，同时也是一种可再生的碳氧资源。利用二氧化碳作为反应单体合成高分子可以减缓高分子工业对石油资源的依赖，从而有助于高分子工业的原料来源多元化和可持续发展。近年来，在二氧化碳合成高分子领域中，二氧化碳基多元醇(CO₂-polyol)的研究受到了广泛关注。CO₂-polyol是一类含碳酸酯和醚结构的低聚物多元醇，具有低分子量、端羟基、碳酸酯-醚共存等结构特征，可替代聚醚或聚酯多元醇合成二氧化碳基聚氨酯，有望成为聚氨酯工业的下一代基础原料。

CO₂-polyol是通过二氧化碳与环氧化物如环氧丙烷的调聚反应合成的一类端羟基功能化低聚物，然而具有后修饰特点的功能化CO₂-polyol的研究则少有报道。本文将衣康酸这一新型起始剂引入到环氧丙烷和CO₂的调聚反应中，成功地制备了双键功能化的CO₂-polyol。同时，衣康酸的生物来源属性进一步提高了生物碳比例，使得该多元醇的合成路线更为符合绿色可持续的理念。针对衣康酸存在酸性较强、双键较活泼等不利于PO/CO₂调聚反应的因素，本文采用具有多中心协同催化作用的铝卟啉低聚物催化剂，实现了含碳碳双键的CO₂-polyol的高效可控制备，且其链长和结构可调。本文所合成的具有活泼双键的不饱和多元醇为多种功能化二氧化碳基聚氨酯的合成提供了方便可行的操控平台。

图1 利用铝卟啉低聚物催化剂和衣康酸起始剂制备功能化二氧化碳基多元醇

活泼的双键可以参与许多化学反应，如利用点击化学可以引入各类官能团，或通过聚合方法得到超支化结构，为进一步修饰聚氨酯提供了一个可操控的平台。本文采用紫外光固化方法对衣康酸基聚氨酯的后修饰给出概念验证。图2(c)所示的拉伸强度-伸长率曲线展现了聚氨酯膜固化前后的机械性能差异。固化前聚氨酯膜强度较差；固化后其机械强度大幅度提升，在伸长率达到4%时发生屈服行为，屈服强度为3.7 MPa，随后拉伸强度及断裂伸长率分别达到了12.5 MPa及270%，显示出良好的强度和韧性。

图2(a) 聚氨酯合成; (b) 聚氨酯的核磁氢谱; (c)  聚氨酯膜固化前后的拉伸强度-伸长率曲线

上述工作以论文形式在《高分子学报》2021年第8期“庆祝沈家骢院士90华诞专辑”印刷出版，王献红研究员为通讯作者。该工作得到中国科学院前沿科学重点研究计划(项目号 QYZDJ-SSW-JSC017)和国家自然科学基金(基金号 51988102)的资助。

原文链接：

https://dx.doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2021.21056

来源：高分子学报

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