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摘 要

γ-丁内酯（γ-BL）是非常有前景的内酯化合物，可以由生物质转化而来，具有绿色、价廉、易得等优点，然而γ-BL是一个非常稳定的五元环结构，在2016年以前，文献和教科书都认为它是“不可聚合”的。在2016年，两位科研人员Chen和Hong对γ-BL的热力学系数重新进行了测定，发现其焓变其实是一个较小的负值，说明在较低温度下可以使γ-BL发生开环聚合反应。两位研究人员的发现，为研究γ-BL开辟了光明的前景。本文采用二丁基镁为金属催化剂，二苯基甲醇为引发剂，对温度、溶剂、单体浓度和催化剂的比例进行了一系列研究，通过核磁共振和凝胶渗透色谱对所制备的聚合物进行分析表征。通过对实验条件的优化，我们成功制备了聚丁内酯，其转化率高达79%。

关键词：聚酯材料 γ-丁内酯 开环聚合

Ring-Opening Polymerization of Butyrolactone

Abstract

γ-butyrolactone (γ-BL) is a very promising lactone compound, which can be transformed from biomass and has the advantages of green, cheap and easy to obtain. However, γ-BL is a very stable five-element ring structure before 2016. Both literature and textbooks regard it as "non-aggregable". In 2016, two researchers, Chen and Hong, remeasured the thermodynamic coefficient of γ-BL. It was found that the enthalpy change was actually a small negative value, indicating that the ring-opening polymerization of γ-BL could take place at lower temperature. The findings of the two researchers opened up light for the study of γ-BL a bright prospect. In this paper, using dibutylmagnesium as metal catalyst and diphenyl methanol as initiator, a series of studies have been carried out on temperature, solvent, monomer concentration and catalyst ratio. The prepared polymers were analyzed and characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) and gel osmotic chromatography (GPC). By optimizing the experimental conditions, we successfully prepared polybutyrolactone, the conversion of which was as high as 79%.

Keywords:Polyester material;γ-Butyrolacton;Ring-Opening polymerization

目 录

摘 要 - 1 -

Abstract - 2 -

目 录 - 3 -

第一章 绪论 - 1 -

1.1生物可降解高分子材料 - 1 -

1.1.1生物可降解高分子材料 - 1 -

1.1.2聚酯材料 - 2 -

1.2聚酯的合成方法 - 4 -

1.2.1聚酯的合成 - 4 -

1.3 丁内酯的开环聚合 - 7 -

1.4 课题研究意义及展望 - 9 -

第二章 丁内酯的开环聚合 - 10 -

2.1前言 - 10 -

2.2实验部分 - 10 -

2.2.1 实验试剂及仪器 - 10 -

2.2.2 丁内酯的开环聚合 - 11 -

2.2.3 表征方法 - 12 -

2.3 结果与讨论 - 12 -

2.3.1 温度筛选 - 12 -

2.3.2 溶剂筛选 - 13 -

2.3.3 单体浓度筛选 - 14 -

2.3.4 催化剂含量筛选 - 14 -

2.3.5 NMR分析 - 15 -

2.3.6 GPC分析 - 16 -

2.4 本章小结 - 16 -

第三章 结论和展望 - 17 -

3.1 结论 - 17 -

3.2 展望 - 17 -

参考文献 - 18 -

致谢 - 21 -

第一章 绪论

1.1生物可降解高分子材料

1.1.1生物可降解高分子材料

自工业革命以来，化石资源已被商业化开发。然而，地球上的化石资源并不是无限的，开采将不得不逐渐停止。此外，人们认识到化石资源会造成各种污染，无论是全球变暖还是水生野生动物的塑料污染。因此，转向可再生原料和环境可降解系统，优先通过生物质废物的配价，对化学，特别是对热塑性和可降解聚合物的生产提出了重大挑战。“生物可降解高分子材料按照美国ASTM标准，指的是在酶或化学分解作用下,一定时间内能被细菌、真菌、霉菌、藻类等微生物或其分泌物降解的高分子材料”[1]。历史上第一次有“高分子”的概念是在二十世纪二十年代，由Staudinger 提出，在这以后高分子材料获得了人们的认同，进入了高速发展期。高分子材料在如今社会中的运用非常广泛，几乎涉及各个行业。

过去，人类社会所依赖的传统能源如石油，会给地球的生态环境造成很大的威胁，所以寻找可生物降解的高分子材料是如今的热点话题。而生物可降解高分子材料不仅能减少环境污染，还能广泛应用于生物医学、组织工程领域[2]。生物可降解聚合物作为一种能与骨诱导剂复合并传递骨诱导剂的药物已被广泛应用，但其本身的骨诱导性却很少被研究。 Bora Onat等报告了聚(4- 羟基 -l- 脯氨酸酯)(PHPE) ，一个可生物降解的阳离子聚合物具有穿透细胞性能的成骨活性。结果表明，PHPE 是一种潜在的体外骨诱导剂，可以促进骨再生。 此外，这种骨诱导性能部分归因于降解产物反-hyp，它可以概括一些，但不是全部的成骨活性。研究结果表明，PHPE 是一种无细胞毒性的聚合物，有可能用于克服胶原病，如成骨不全症[3]。随着传统能源的逐渐减少，同时人们也意识到了传统能源对环境的破坏，开发绿色新能源显得日益重要。在如今社会，人们已无法离开各种电子产品，尤其是移动电子设备，电池的能力就变得非常重要。因为锂离子电池的使用周期长、带电量多等优点[4-7]，它已成为一种高效的能量存储设备，并成为移动电话、数码相机和笔记本电脑等便携式电源设备中不可缺少的组成部分。Xiao hua Deng等[8]采用分离液体电解质的方法，研究了分离液体电解质的电化学特性，以聚乙烯醇研究出了一种新型的凝胶聚合物电解质。

生物可降解高分子材料应用前景极广泛，基本上涉及各行各业。提高生物可降解高分子材料在生物医用、包装材料、生物医用等现有领域的应用水准需要科研人员们的共同努力，如加快手术缝合线和纺丝技术的产业化。将生物可降解高分子材料的新应用领域拓宽，如：农业、渔业、园林、一次性日用品、建筑、化妆品、服装及体内可吸收医疗器械等。正是迎合如今主流的可持续发展模式，为“美丽中国长远目标”做出重要贡献。

1.1.2聚酯材料

聚酯是由多元醇和酸缩合而成的聚合物。高分子聚酯材料应用广泛。这种聚合物主链易水解，因此可以用微生物或生物酶处理，使之分解、代谢，最终形成二氧化碳和水。脂肪族聚酯如聚丙交酯、聚己内酯等的降解产物在人体内可以通过柠檬酸循环(TCA)完全代谢，对人体没有伤害[9]。所以这些材料能广泛应用于生物医药领域。Valdilene O. Silva等[10]以可生物降解聚酯材料聚己内酯(PCL)或聚(3-羟基丁酸酯) P(3-HB)为原料，采用真空浸渍法制备了形态稳定的固液相变材料(FSSL-PCM)。 采用膨胀石墨(EG)作为多孔载体，形成稳定的纳米复合材料。这种材料适用于太阳能为基础的中低温潜在存储系统，如水加热系统、空气加热单元、太阳能温室等，作为存储介质。Wei Zhai等[11]采用单一静电纺丝法和同轴静电纺丝法分别成功地制备了聚l-丙交酯-聚己内酯(P(LLA-CL))共聚纤维和P (LLA-CL) /肝素同轴复合纤维。初步研究表明，P(LLA-CL) / 肝素同轴复合纤维可能是一种可靠的人工股动脉置换材料。

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