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貴州大學謝海波教授團隊 ACS Macro Lett.:直接利用CO?制備非異氰酸酯聚氨酯
2023-12-23  來源:高分子科技

  聚氨酯(PU)性能優(yōu)異,廣泛應(yīng)用于建筑、日用品、交通、家電等領(lǐng)域。傳統(tǒng)PU制備過程中使用高毒性的異氰酸酯,嚴重影響人體健康和生態(tài)環(huán)境,因此非異氰酸酯聚氨酯(NIPU)的制備備受關(guān)注。目前NIPU的制備方法主要包括:縮聚、重排、開環(huán)聚合和加聚等,但均存在一定的局限性,開發(fā)更加高效的NIPU制備方法具有重大意義。


  近期,貴州大學謝海波教授團隊利用有機堿參與的CO2與二元胺的可逆反應(yīng),采用一鍋兩步法構(gòu)建了不同結(jié)構(gòu)的α,ω-二烯官能化的氨基甲酸酯單體,通過巰-烯點擊聚合及ADMET聚合制備了聚硫醚氨基甲酸酯及不飽和聚氨酯,進一步通過后氧化及后氫化改性,獲得聚砜氨基甲酸酯和飽和聚氨酯。通過核磁和原位紅外技術(shù)研究了CO2與二元胺的可逆反應(yīng),證實了成功捕獲CO2形成氨基甲酸酯單體,優(yōu)化了單體的合成條件。與不同碳鏈長度的二硫醇經(jīng)過巰-烯點擊聚合獲得聚硫醚氨基甲酸酯產(chǎn)率在80%以上(圖1),重均分子量(Mw)在12600~25100 g/mol之間,多分散性(PDI)在2.0~2.5之間;熱重分析表明,在加熱過程中發(fā)生一步降解,熱穩(wěn)定性在270 oC以上,并隨著二硫醇碳鏈增加,熱穩(wěn)定性提高;DSC研究表明,隨著單體結(jié)構(gòu)的變化,該系列聚硫醚氨基甲酸酯表出現(xiàn)無定型、半結(jié)晶型和結(jié)晶型結(jié)構(gòu)特征,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著碳鏈增長而減小。后氧化改性后獲得聚砜氨基甲酸酯,熱穩(wěn)定性下降,但800 oC的殘?zhí)剂俊⒉AЩD(zhuǎn)變溫度、熔點增加。另外,α,ω-二烯官能化的氨基甲酸酯單體通過ADMET聚合獲得不飽和聚氨酯產(chǎn)率在81%以上(圖2),其Mw在4700~13200 g/mol之間,PDI在1.2~2.9之間;經(jīng)后氫化改性后獲得飽和聚氨酯,產(chǎn)率為94%。熱重分析結(jié)果表明,不飽和聚氨酯的Td5%在282.8~303.9 oC之間,后氫化改性后Td5%升高到288.8 oC,DSC研究表明,不飽和聚氨酯有兩個熔點,氫化改性后熔點升高。該工作以“Introducing the Reversible Reaction of CO2 with Diamines into Nonisocyanate Polyurethane Synthesis”為題發(fā)表在《ACS Macro Lett.》上。該研究得到國家自然科學基金委、貴州省科學技術(shù)項目、貴州省雙碳與新能源技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研究院開放項目的支持。


圖1 巰-烯點擊聚合制備NIPUs及其后氧化改性



圖2 ADMET聚合制備NIPUs及其后氫化改性


  該工作是團隊利用有機堿存在下CO2可逆反應(yīng)構(gòu)建新型可聚合單體,并通過高效的聚合策略構(gòu)建CO2基聚合物材料。團隊前期開展了以醇為反應(yīng)原料,構(gòu)建結(jié)構(gòu)性能可調(diào)的聚碳酸酯材料(Green Chemistry 202022 (15), 4871-4877; Chemistry – An Asian Journal 202217 (19), e202200503)。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.3c00621

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