聚碳酸酯是日常常見的一種材料。由于其無色透明和優(yōu)異的抗沖擊性，其被廣泛應(yīng)用于合成CD/VCD光盤、桶裝水瓶、嬰兒奶瓶、樹脂鏡片、防彈玻璃、車頭燈罩、動物籠子、行李箱、登月宇航員的頭盔面罩；智能手機的機身外殼等等。然而，合成商業(yè)上的聚碳酸酯依然使用石油基的原料例如雙酚A. 而雙酚A本身有一定的毒性，且生產(chǎn)過程會導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境污染。因此，探索一種綠色可持續(xù)的使用生物基來源的原料合成完全生物基的聚碳酸酯的路線是非常重要的。
近日，中國科學院大學化學工程學院李增喜教授等在Green Chemistry 發(fā)文, 提出了一種綠色可持續(xù)的合成高質(zhì)量，高性能的生物基的聚碳酸酯的路線。該路線使用生物質(zhì)來源的異山梨醇和碳酸二苯酯作為合成聚碳酸酯的原料，使用1-乙基-3-甲基咪唑賴氨酸離子液體作為催化劑, 合成分子量約為150000, 玻璃轉(zhuǎn)化溫度高達174 oC的高性能的聚碳酸異山梨酯。
離子液體（或稱離子性液體）是指全部由離子組成的液體，如高溫下的KCI, KOH呈液體狀態(tài)，此時它們就是離子液體。在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽有機離子液體等，尚無統(tǒng)一的名稱，但傾向于簡稱離子液體。
圖文導(dǎo)讀
首先作者篩選了不同的酸性，中性，堿性的氨基酸基離子液體對催化合成聚碳酸異山梨酯的影響。結(jié)果表明, 帶有堿性 (Lys-)(His-)或者中性(Ala-)(Val-)(Ser-)(Thr-)的陰離子的氨基酸基的離子液體展現(xiàn)出了杰出的合成聚碳酸異山梨酯的催化反應(yīng)活性。得到了產(chǎn)率大于96%，分子量大于100000的聚碳酸異山梨酯。而酸性的的陰離子的氨基酸基的離子液體則展現(xiàn)出了較低的催化反應(yīng)活性(91% 產(chǎn)率, 聚碳酸異山梨酯分子量97000)。 其中帶有兩個氨基官能團的氨基酸基的離子液體(Emim)(Lys)展現(xiàn)出了最好的催化活性。
隨后作者又探究了氨基酸基離子液體催化劑的電負性，催化劑的含量，聚合溫度和聚合時間對催化合成聚碳酸異山梨酯的影響。如圖1，2，3，4。 結(jié)果表明，這些參數(shù)都對催化反應(yīng)活性有一定的影響，
為了進一步增加聚碳酸異山梨酯的柔韌性和硬度, 作者使用了另外兩種二醇1,4丁二醇和1.4-二烷基環(huán)己烷二甲醇在之前優(yōu)化好的反應(yīng)條件下共聚異山梨醇和碳酸二苯酯合成具有更高性能的聚碳酸酯。結(jié)果表明，所合成的PIBBCC-50展現(xiàn)出了最高的分子量分布105900和最高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度98 oC. 這個性質(zhì)是和石油基的聚碳酸酯的性質(zhì)是接近的。
作者然后又測試了PIBCC它的抗拉伸性能，結(jié)果表明, PIBCC 它的拉伸力為57 MPa, 斷裂延伸率145 %， Young’s 模數(shù)979 MPa.
隨后，作者又探究了催化合成聚碳酸異山梨酯的反應(yīng)機理。機理表明，氨基酸基的離子液體催化劑有效地活化了異山梨醇的羥基和碳酸二苯酯的羰基，被活化的異山梨醇的羥基進攻了被活化碳酸二苯酯的羰基合成了聚碳酸異山梨酯。
結(jié)論
1. 作者提出了一種綠色可持續(xù)的合成高分子質(zhì)量，高性能的生物基的聚碳酸酯的路線。該路線使用生物質(zhì)來源的異山梨醇和碳酸二苯酯作為合成聚碳酸酯的原料，使用1-乙基-3-甲基咪唑賴氨酸離子液體作為催化劑合成分子量約為150000, 玻璃轉(zhuǎn)化溫度174度的高性能的聚碳酸異山梨酯。 2. 為了進一步增加該聚碳酸酯的柔韌性和硬度, 作者使用了另外兩種二醇1,4丁二醇和1.4-二烷基環(huán)己烷二甲醇共聚異山梨醇和碳酸二苯酯, 合成的PIBBCC-50展現(xiàn)出了分子量分布105900，玻璃轉(zhuǎn)化溫度98度，拉伸強度為57 MPa, 斷裂延伸率145 %，Young’s 模數(shù)979 MPa. 3. 反應(yīng)機理表明，氨基酸基的離子液體催化劑有效地活化了異山梨醇的羥基和碳酸二苯酯的羰基，被活化的異山梨醇的羥基進攻了被活化碳酸二苯酯的羰基合成了聚碳酸酯。
原文鏈接
https://doi.org/10.1039/D0GC00265H
Zhencai Zhang, Fei Xu, b,c Yaqin Zhang, Chenhao Li, Hongyan He, Zifeng Yang and Zengxi Li, Green Chemistry, 03. 2020
