F. 聚己内酯开环聚合

聚己内酯及其纳米复合材料5.1 概述聚己内酯（PCL）是线形聚酯，是ɛ-己内酯开环聚合得到的，是一种完全可生物降解的脂肪族聚酯，是不可再生的石油基聚合物。

PCL是Daicel化学公司于1989年开发的产品，1993年由美国联碳（Union Carbid）公司实现商业化，商品名为TONE®。

PCL是半结晶性的，结晶度在50%左右，T g和T m都很低，分子链是柔性的，表现为断裂伸长率很高，模量低，极易热塑成型。

PCL的物理性能以及已经商业化应用使其极具吸引力。

PCL不仅可以作为非降解聚合物的替代材料进行大规模应用，而且也可以用做医药和农业等领域的特种材料。

5.2 PCL的合成与结构PCL是线形的脂肪族聚酯，高相对分子质量的PCL几乎都是由ε-己内酯单体开环聚合得到的。

PCL可以由两种方法制备，即采用各种阴离子、阳离子和配位催化剂将ε-己内酯开环聚合，或将2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷自由基开环聚合而成。

常规的聚合方法是用辛酸亚锡催化，在140～170℃下熔融本体聚合。

根据聚合条件的不同，聚合物的相对分子质量可从几万到几十万。

PCL的化学结构如图5-1所示。

图5-1 PCL的化学结构PCL的合成方法主要是开环聚合。

而根据开环聚合所用催化剂的不同，聚合方法也有些差异，例如有脂肪酶催化、有机金属化合物、稀土化合物、阳离子引发和阴离子引发等催化体系。

Uyama等人于1993年首次用脂肪酶荧光假单胞菌作为催化剂在75℃、反应10天条件下合成了大批的PCL，产率为92%，所得PCL 的数均相对分子质量为7700，多分散性系数为2.4。

脂肪酶如类丝酵母、猪胰脂肪酶等也能作为PCL的活性催化剂，其中类丝酵母脂肪酶的催化活性较强，常被用作PCL开环聚合的催化剂。

常用的有机金属化合物体系催化剂有辛酸亚锡、钛酸正丁酯、烷基金属、异丙基醇铝等，其中辛酸亚锡是用得最普遍的一种催化剂，因为其具有有效性和多功能性以及可以与内酯溶解在普通的有机试剂中。

聚己内酯的概况1.1 聚己内酯的基本概念与分类中文名称：聚己内酯，聚己酸内酯，2-氧杂环庚烷酮的均聚物，2-氧杂环庚烷酮的均聚物；ε-己内酯的均聚物英文名称: 2-oxepanone, homopolymer；.epsilon.-caprolactone, homopoly mer；aquaplast, caprolactone；polycaprolactone；2-oxepanone,homopolymer CAS：24980-41-4分子式: (C6H10O2)n ，[CH2-(CH2)4-COO]n1.2 聚己内酯的理化性质理化性质：由ε-己内酯开环聚合制得结构为[CH2-(CH2)4-COO]n的热塑性聚酯。

n大约在100和1000之间。

分子量较低的无色结晶固体，外表似蜡。

玻璃化温度-60℃，熔融温度63℃，250℃开始分解。

热稳定性、水解稳定性和低温特性优良；与多种聚合物的相容性很好；与多种材料黏合力强。

· 生物相容性在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长，并可降解成CO2和H2O。

· 生物降解性在土壤和水环境中，6-12月可完全分解成CO2和H2O。

· 良好相容性可和PE、PP、ABS、AS、PC、PVAC、PVB、PVE、PA、天然橡胶等很好地互容。

· 良好溶剂溶解性在芳香化合物、酮类和极性溶剂中很好地溶解。

· 高结晶性和低熔点性Tg为-60°C，非常柔软，具有极大的伸展性；其熔点为60-63°C，可在低温成型。

1.3 聚己内酯的主要应用领域用途：可与许多聚合物混合，改善它们的加工和使用性能，如提高聚烯烃纤维的染色力、光泽，提高热塑性塑料的抗冲击强度、透明性等。

可用作聚合物的增塑剂和脱模剂，改善它们的加工性能。

与多种材料有粘合力，可很好地用作在低温使用的热熔胶粘剂和溶剂。

又有分散颜料的能力。

备注：结晶熔点低，只有60℃，故用作模制材料时受到限制。

环境友好型聚合物的合成与应用在当今社会，随着人们对环境保护的重视程度不断提高，环境友好型聚合物逐渐成为了研究的热点。

这些聚合物不仅具有优异的性能，还能在其生命周期内对环境产生较小的影响，甚至为解决一些环境问题提供新的思路和方法。

环境友好型聚合物，顾名思义，是指那些在合成、使用和废弃处理过程中对环境无害或低害的聚合物材料。

它们的出现，旨在减少传统聚合物带来的环境污染和资源浪费问题。

合成环境友好型聚合物的方法多种多样。

其中，生物发酵法是一种常见的途径。

通过微生物的代谢作用，将可再生的生物质资源转化为聚合物。

例如，聚乳酸（PLA）就是通过发酵葡萄糖等原料得到乳酸，然后再聚合而成。

聚乳酸具有良好的生物可降解性，在一定条件下能够被微生物分解为二氧化碳和水，不会对环境造成长期的污染。

另一种重要的合成方法是开环聚合。

以聚己内酯（PCL）为例，它是通过己内酯的开环聚合反应制备而成。

这种聚合物具有较低的熔点和良好的柔韧性，同时也具有可生物降解的特性，在医疗、包装等领域有着广泛的应用。

还有一种值得关注的方法是原子转移自由基聚合（ATRP）。

这一方法能够精确控制聚合物的分子量和分子量分布，从而制备出具有特定性能的环境友好型聚合物。

例如，通过 ATRP 可以合成具有良好水溶性和生物相容性的聚合物，用于药物输送等领域。

环境友好型聚合物在众多领域都有着广泛的应用。

在医疗领域，它们发挥着重要的作用。

可降解的聚合物可以被用于制造手术缝合线，在伤口愈合后自动降解，无需二次手术拆除，减少了患者的痛苦和感染的风险。

此外，药物载体也是一个重要的应用方向。

环境友好型聚合物能够包裹药物分子，实现药物的缓慢释放，提高治疗效果的同时降低药物的副作用。

在包装领域，传统的塑料包装材料往往难以降解，造成了严重的白色污染。

而环境友好型聚合物如聚乳酸等，可以制成可降解的包装薄膜和容器，有效地减少塑料垃圾的产生。

这些包装材料在使用后能够在自然环境中较快地分解，降低了对环境的压力。

三臂聚己内酯的合成及表征研究张楚鑫【摘要】以三羟甲基丙烷为引发剂,在辛酸亚锡的催化作用下引发ε-己内酯的开环聚合,制备了三臂PCL.利用红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)及凝胶渗透色谱(GPC)对所得聚合产物的结构参数进行表征.结果显示,所得聚合物结构与设计一致,ε-己内酯单体具有较高的单体转换率,聚合反应具有较好的可控性.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】2页(P119-120)【关键词】聚己内酯;开环聚合;结构表征【作者】张楚鑫【作者单位】西北大学现代学院陕西 710130【正文语种】中文【中图分类】O1.引言聚己内酯（PCL）是ε-己内酯单体通过开环聚合（ROP）所得产物，是一类端羟基遥爪聚合物。

近年来，PCL由于具有优异的生物相容性、可降解性及加工性能，广泛应用于生物医药、药物载体、聚氨酯材料等领域。

例如，PCL被美国食品药品监督管理局（FDA）批准可应用于生物医药领域，PCL可用来构筑医疗材料、药物载体等。

此外，由于PCL主链结构具有一定的柔性同时还具有活性端基，也可用于制备聚氨酯材料。

多臂星型聚合物与线性聚合物相比具有独特的性能，如较高的官能团度，较独特的流变行为等。

本文通过三官能度引发剂的运用，制备三臂聚己内酯，并利用分析测试技术对其结构进行精确表征。

2.原料与实验方法(1)主要原料三羟甲基丙烷（99%，J&K），ε-己内酯（99%，Alfa），辛酸亚锡（95%，Alfa），石油醚为分析纯购自广东光华化学试剂厂。

(2)三臂PCL的合成三臂PCL合成步骤如下：将0.268g的三羟甲基丙烷与10gε-己内酯充分溶解于15ml无水甲苯中，通氮气后将反应体系密封，并移入110℃恒温反应浴中反应16h。

反应结束后降温，将反应体系在过量石油醚中沉淀，反复溶沉3次，过滤，即得产物。

(3)结构表征红外光谱（FT-IR）在VECTOR-22型傅里叶变换红外光谱仪上测试（德国Bruker），涂膜法制样，将测试样品溶于四氢呋喃中，并均匀涂在溴化钾片上，四氢呋喃挥干后进行测试。

聚己内酯熔点1. 聚己内酯简介聚己内酯（Polybutyrolactone）是一种重要的高分子材料，属于环酯类聚合物。

它是由己内酯分子通过开环聚合反应得到的线性聚合物。

聚己内酯具有优异的物理性能和化学性质，在工业和科学研究中有广泛的应用。

2. 聚己内酯的熔点聚己内酯的熔点是指在标准大气压下，聚己内酯从固态转变为液态的温度。

熔点是衡量聚合物结晶性质和热稳定性的重要参数之一。

根据实验数据和文献资料，聚己内酯的熔点范围通常在40°C至60°C之间。

具体的熔点取决于聚合物的分子量、结晶度、添加剂等因素。

3. 影响聚己内酯熔点的因素3.1 分子量分子量是影响聚己内酯熔点的重要因素之一。

通常情况下，分子量越高，聚己内酯的熔点越高。

这是因为高分子量聚合物具有更强的分子间相互作用力，导致更高的熔点。

3.2 结晶度结晶度是聚己内酯熔点的另一个重要因素。

结晶度越高，聚己内酯的熔点也越高。

结晶度是指聚合物分子在固态中排列有序形成晶体结构的程度。

通过控制加工条件、添加剂以及热处理等方式可以调节聚己内酯的结晶度。

3.3 添加剂添加剂也可以对聚己内酯的熔点产生影响。

例如，在制备过程中添加一些抗氧化剂、稳定剂等可以提高聚己内酯的热稳定性，延缓降解和软化过程，从而提高熔点。

4. 聚己内酯熔点的测定方法4.1 差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是目前最常用的测定聚合物熔点的方法之一。

该方法通过对样品在升温过程中吸热或放热的能量变化进行测定，可以精确地测定聚己内酯的熔点。

4.2 热差示分析法（TGA）热差示分析法是另一种常用的测定聚合物熔点的方法。

该方法通过对样品在升温过程中质量变化的监测，可以确定聚己内酯的熔点范围。

4.3 熔融流动法熔融流动法是一种简单快速的测定聚合物熔点的方法。

该方法将聚己内酯样品加热至液态，然后通过观察材料在不同温度下流动性质的变化来确定其熔点。

5. 聚己内酯应用领域由于聚己内酯具有优异的物理性能和化学性质，广泛应用于以下领域：•医药领域：作为药物缓释材料、生物可降解植入材料等；•化工领域：用于制备高性能涂料、胶粘剂等；•纺织领域：用于纤维增强材料的制备；•电子领域：用于电子封装材料等。

己内酯开环聚合实验报告引言：己内酯是一种重要的高分子化合物，在医药、农业和化工等领域有着广泛的应用。

己内酯开环聚合是一种常见的合成方法，通过将己内酯分子中的内酯环打开，形成线性高分子链。

本实验旨在通过己内酯开环聚合反应，合成具有一定分子量的聚己内酯，探讨其合成条件对产物性质的影响。

实验步骤：1.准备实验所需材料：己内酯、催化剂、溶剂等；2.将己内酯、催化剂和溶剂按一定比例加入反应瓶中，并在适当条件下进行搅拌反应；3.控制反应时间和温度，使反应达到平衡状态；4.通过适当的处理方法，提取产物并进行分析。

实验结果：经过实验，我们成功合成了聚己内酯，并对其进行了性质分析。

通过对产物的分子量、分子结构和热性能等方面的测试，我们得出了以下结论：1.在不同催化剂条件下，聚己内酯的分子量和结构存在一定差异，催化剂种类和用量对产物的性质有显著影响；2.反应温度的控制对产物的分子量分布和热性能有一定影响，适当的温度可以提高产物的质量；3.溶剂的选择和用量也对产物的性质有一定影响，不同溶剂条件下合成的聚己内酯性能有所差异。

结论：己内酯开环聚合是一种有效合成聚合物的方法，通过控制反应条件可以得到具有不同性质的产物。

本实验结果表明，催化剂种类和用量、反应温度、溶剂选择等因素对产物的性质有重要影响，合理调控这些因素可以提高聚己内酯的质量和性能。

展望：未来我们将继续深入研究己内酯开环聚合反应，探讨更多影响因素对产物性质的影响，并寻求优化合成条件，提高产物的性能和应用范围。

同时，我们还将进一步研究聚己内酯在医药、材料等领域的应用，探索其潜在的新用途和市场前景。

结语：己内酯开环聚合是一项重要的合成方法，具有广阔的应用前景。

通过本实验的开展，我们对己内酯开环聚合反应的机理和影响因素有了更深入的了解，为进一步研究和应用提供了重要参考。

希望通过我们的努力，能够为相关领域的发展和创新做出贡献。

己内酯开环聚合实验报告
本次实验旨在通过己内酯开环聚合反应，合成出聚己内酯，并对其进行表征和分析。

实验步骤如下：
1.将己内酯、无水乙醇和氢氧化钠溶液混合，制备出反应液。

2.将反应液加热至80℃，并在搅拌的同时缓慢滴加过氧化氢溶液。

3.反应进行约2小时后，将反应液冷却至室温，过滤得到聚己内酯。

4.用氯仿将聚己内酯溶解，然后用甲醇沉淀，得到聚己内酯固体。

5.对聚己内酯进行红外光谱分析和热重分析。

实验结果表明，通过己内酯开环聚合反应，成功合成出了聚己内酯。

红外光谱分析结果显示，聚己内酯的主要吸收峰出现在1730 cm-1处，表明聚合物中存在酯基。

热重分析结果显示，聚己内酯的热分解温度为约300℃，表明聚合物具有较好的热稳定性。

本次实验成功合成出了聚己内酯，并对其进行了表征和分析。

这对于深入了解聚己内酯的性质和应用具有重要意义。

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