可生物降解脂肪-芳香族共聚酯的结构与性能

生物可降解脂肪族聚酯的制备、表征与性能研究的开题报告题目：生物可降解脂肪族聚酯的制备、表征与性能研究一、研究背景及意义近年来，随着全球环境问题的不断加剧，生物可降解材料成为了研究热点之一。

生物可降解聚合物因其能够在自然环境中被微生物分解为无害物质，且具有较高的可再生性和生物相容性，被广泛应用于农业、医疗、食品包装等领域。

脂肪族聚酯作为一类具有优异性能的生物可降解材料，具有良好的可降解性、可塑性和生物相容性等优势，越来越受到关注。

因此，对于生物可降解脂肪族聚酯的制备、表征及其性能研究具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容和方法本研究主要围绕生物可降解脂肪族聚酯的制备、表征与性能研究展开，具体内容如下：（1）制备生物可降解脂肪族聚酯，选用聚乳酸、聚丙烯酸丁酯等生物可降解单体进行环状聚合反应，通过对反应条件的调整控制聚合物的分子量、分子量分布等性能。

（2）对制备得到的生物可降解脂肪族聚酯进行表征，包括聚合度、分子量分布、热性能、力学性能等方面的测试。

（3）探究生物可降解脂肪族聚酯的性能，如降解性能、生物相容性、力学性能等，并与传统的塑料材料进行对比。

研究方法主要包括化学合成、物理测试、扫描电子显微镜（SEM）观测等。

三、预期研究结果预计制备得到生物可降解脂肪族聚酯，并对其进行表征，探究其力学性能、热性质、生物降解性能等重要性质，同时对其进行与传统塑料的性能比较，为该材料的应用提供基础数据和理论支持。

四、研究进度计划在前期调研和文献综述的基础上，拟于9月完成对生物可降解脂肪族聚酯的制备及表征；10月进行降解性能和生物相容性测试，并与传统塑料进行比较分析；11月进行力学性能测试；12月完成论文撰写和论文答辩。

五、参考文献[1] Kricheldorf H R. Polymers with hydrolyzable backbones V. Polyesters containing cyclic carbonate units in the main chain [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2001, 39(4):443-453.[2] Zhang W, Zhang D, Menkhaus T J, et al. Synthesis, Characterization, and Biodegradability Studies of Random Copolymers of Lactide and ε-Caprolactone [J]. Macromolecules, 2006, 39(1):98-105.[3] Zhu H, Lu S, Chuang C, et al. Biodegradable aliphatic-aromatic co-polyesters synthesized by an interfacial polymerization method[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2005, 96(2):686-695.。

专利名称：一种可生物降解的芳香族-脂肪族共聚酯及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：黎俊,顾群,蒋志强,刘吉,周坚,施文涛,魏明峰,王玉忠申请号：CN200910153947.5
申请日：20091123
公开号：CN101717494A
公开日：
20100602
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种可生物降解的芳香族-脂肪族共聚酯及其制备方法，其特征在于该共聚酯分子由
A，B，C三种重复单元无规构成，A，B，C结构为下列通式；制备方法为：先制备聚羟基酸封端的芳香族化合物，然后以二醇封端以提高羟基酸聚合物的热稳定性，然后在较高反应温度下熔融缩聚，最终获得一种结构新颖的高羟基酸含量的芳香族-脂肪族共聚酯，与现有技术相比，该共聚酯分子量高，具有优良的机械性能与耐热、耐腐性能，易生物降解，并且制备工艺简单，容易合成；所述的A为：所述的B为：所述的C为：其中：R为以下基团的任意一种：m、n为自然数；R，R，R，R： n＝2～6。

申请人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
地址：315201 浙江省宁波市镇海区庄市大道519号
国籍：CN
代理机构：宁波诚源专利事务所有限公司
代理人：袁忠卫
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脂肪族—芳香族共聚酯合成新工艺及性能研究脂肪族—芳香族共聚酯合成新工艺及性能研究目前,芳香族聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT等,已广泛应用于人们日常生活的各个领域,它们可以制成纤维、饮料瓶、薄膜等材料。

但是这些聚合物在大自然中基本上无法降解,因此带来的“白色污染”是目前人类面临的一个重大灾害,研究可生物降解聚酯就显得十分紧迫。

脂肪-芳香族共聚酯由于具有芳香族聚酯优异的使用及加工性能和脂肪族聚酯的可生物降解性而成为国内外学术界和产业界研究的热点。

本文首先以对苯二甲酸(PTA)、己二酸(AA)、1,4-丁二醇(BG)为基本原料,采用熔融缩聚方法,通过研制新型催化剂,合成制备了一种可生物降解的脂肪-芳香族共聚酯,即聚(对苯二甲酸丁二醇-Co-己二酸丁二醇)(PBAT)共聚酯。

然后,以PBAT合成工艺为基础,又以对苯二甲酸(PTA)、己二酸(AA)、1,4-丁二醇(BG)、乙二醇(EG)为基本原料,合成制备了另一种可生物降解的脂肪-芳香族共聚酯,即聚(对苯二甲酸丁二醇-Co-己二酸丁二醇-Co-对苯二甲酸乙二醇-Co-己二酸乙二醇)共聚酯(PBATE)。

论文对上述材料的物理性能、形态结构、生物降解性能、结晶行为、热性能、流变性能、力学性能等进行了研究。

论文共分两个部分：1、PBAT共聚酯的合成与性能研究。

2、PBATE共聚酯的合成与性能研究。

本文的创新点和研究结果如下：1、本文研制的PBAT共聚酯合成所用复合型催化剂和提出的合成工艺均未见国内外报道。

研制出适合在直接酯化法合成工艺上使用的新型高效复合型催化剂,所制备的PBAT共聚酯切片色相良好,特性粘度高,可生物降解性能优良,产品主要质量指标达到了国外先进技术水平；采用常压低温进行PBAT酯化反应的先进工艺,适于在PTA法聚酯工业装置上推广使用,基于自主研发的PBAT共聚酯材料,通过PBAT共聚酯加工性能的系统评价,发现并证明所研制的PBAT共聚酯产品适合在注塑加工领域应用。

一种脂肪-芳香族共聚酯的降解性能陈锡荣;祝桂香;张伟;闫一凡【摘要】A series of aliphatic-aromatic copolyesters poly (butyleneadipate-co-butylene terephthalate) with different composition were synthesized via condensation reaction of 1,4-butanediol, adipic acid and dimethyl terephthalate in the catalysis of rare earth catalyst. The biodegradation behavior of the copolyesters with aromatic molar contents varying from 40% to 60% were investigated via compost by using changes in mass loss rate, mass loss per area and relative molecular mass as indicators. The variations in the composition and sequence structure of the copolyesters before and after degradation were tested by means of hydrogen nuclear magnetic resonance ( H-NMR). The mode of action ofthe biodegradation behavior was described. The results show that the copolyesters have excellent biodegradability and mechanical properties by introducing the aromatic polyesters chains in a range of 40%-60% into aliphatic polyesters. The degradability of the copolyesters gets worse with the increase in the content of the aromatic component, and the molar fraction of butylene terephthalate rises and the length of the aromatic segment becomes longer after degradation of the samples.%以1,4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸二甲酯为原料,采用稀土催化剂,合成了不同组成的聚己二酸丁二酯和对苯二甲酸丁二酯的共聚酯.采用堆肥法,以堆肥过程中试样的失重率、单位面积失重和相对分子质量变化作为指标,考察了芳香组分摩尔分数为40％～60％共聚酯的生物降解性,利用核磁共振氢谱测试了降解前后共聚酯组成和序列结构的变化,简述了生物降解行为的作用方式.结果表明:通过在脂肪族聚酯中引入摩尔分数为40％～ 60％的芳香组分,所制共聚酯既具有优异的力学性能,又具有生物降解性；且随着所含芳香组分的增多,共聚酯的生物降解性变差,降解后试样的对苯二甲酸丁二酯组分增加且芳香链段的长度增加.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】5页(P43-47)【关键词】聚酯;脂肪族;芳香族;生物降解【作者】陈锡荣;祝桂香;张伟;闫一凡【作者单位】中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京市100013;中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京市100013;中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京市100013;中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京市100013【正文语种】中文【中图分类】TQ323.4自20世纪50年代以来，快速发展的高分子材料工业给人们生活带来便利，但大量不可降解的塑料废弃物造成了“白色污染”和对生态平衡的破坏。

纳米TiO2-TBOT复合催化生物可降解脂肪-芳香族共聚酯合成的研究纳米TiO2-TBOT复合催化生物可降解脂肪-芳香族共聚酯合成的研究以TiCl4为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米级的TiO2,并用XRD 和TEM等手段进行了表征,并以TiO2-TBOT(钛酸四丁酯)为催化剂,1,4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸二甲酯为原料制备了聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,对共聚物的相对分子质量、断裂拉伸强度和断裂伸长率进行了测试,以各反应的时间长短、共聚酯的分子量的高低和力学性能对催化剂性能进行了考察.并采用堆肥埋片法,以失重率作为降解性指标,考察了含芳香组分为40%、50%和60%摩尔分数的三种共聚酯的生物降解性.结果表明,纳米TiO2与TBOT的复合催化剂具有良好的催化性能,当TBOT/TiO2比例为1.2时,所制备共聚酯的重均分子量达到82 000.在脂肪族聚酯中引入摩尔分数为40%～60%的芳香族组分,所制备的共聚酯具有较好的力学性能和生物降解性;且随着所含芳香组分的增多,生物降解性变差.作者：陈锡荣张伟闫一凡张艳霞张敬畅CHEN Xi-rong ZHANG Wei YAN Yi-fan ZHANG Yan-xia ZHANG Jing-chang 作者单位：陈锡荣,CHEN Xi-rong(北京化工大学,现代催化研究所,北京,100029;中国石油化工股份有限公司,北京化工研究院,北京,100013) 张伟,闫一凡,张艳霞,ZHANG Wei,YAN Yi-fan,ZHANG Yan-xia(中国石油化工股份有限公司,北京化工研究院,北京,100013)张敬畅,ZHANG Jing-chang(北京化工大学,现代催化研究所,北京,100029)刊名：分子催化ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS(CHINA) 年，卷(期)：2007 21(6) 分类号：O643.3 关键词：二氧化钛催化剂聚酯共聚酯生物降解。

PBS及其共聚酯生物降解性能的研究进展可生物降解的高聚物是近年来引起人们极大兴趣的高分子材料之一。

目前，脂肪族聚酯是生物降解材料中最有发展前景的一类高分子材料，包括聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯、聚乳酸，以及由二元酸、二元醇制成的聚酯等。

其中，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种具有良好的热性能、机械性能和加工性能的生物降解脂肪族聚酯。

现阶段对PBS及其共聚酯的研究最为广泛，PBS及其共聚酯的化学结构、分子构成、分子量、结晶度及聚酯的形态等均对其生物降解性能有较大的影响。

文章综述了PBS及其共聚酯的结构、分子量、聚酯形态、熔点、结晶度等和生物降解性能之间的关系。

1 PBS的结构及其降解机理1.1 PBS的结构PBS为白色结晶型聚合物，其密度为1.27 g/cm3，熔点为115℃，结晶化度为30%-60%，结晶化温度为75℃。

其化学结构如图1(略)所示。

1.2 PBS的生物降解机理降解是与形成相反的一个过程，是指大分子化合物经化学反应回归到小分子化合物的过程。

PBS降解的本质是聚合物中化学键的断裂，其中既包括主链中化学键的断裂，又包括支链中化学键的断裂，主链结构中化学键的断裂对聚合物的降解起着决定性的作用。

在PBS分子链中引入较弱的化学键或较易发生化学反应的化学键，则该键较易断裂，聚合物就较易于降解。

反之，则难以降解。

PBS在微生物的作用下可发生降解。

微生物首先侵蚀聚酯的表面，然后由微生物分泌的酶对聚酯中的酯键发生作用使其水解。

酶催化水解聚酯的过程分为以下两步。

第一步，酶起一个醇的作用，可以把该反应看做是PBS聚酯的醇解，产物为酰基酶和聚酯链的一部分；第二步，酰基酶榱水解，产物为聚酯的其余部分和再生的酶。

该酶可被循环利用，如图2所示。

2 PBS的降解研究暨南大学理工学院材料科学与工程系赵剑豪等研究发现：数均分子量为4.8万的PBS，在杂色曲菌酶作用下降解30d，降解率为21%。

Mal-NamKimt采用污泥降解法研究发现：数均分子量约为7万的PBS，降解30 d，降解率约为3%。