生物基高分子改性沥青研究进展

随着我国道路桥梁建设的蓬勃发展,改性沥青逐渐占领应用市场,在沥青中掺加环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂等高分子可获得高性能的改性沥青或沥青混合料。为了减少对不可再生资源的消耗,以便于道路工程的可持续发展,生物基原料逐渐替代石油基原料。本文针对树脂类(生物基聚氨酯、生物基酚醛树脂)改性沥青、生物基橡胶改性沥青、生物基天然弹性体改性沥青、生物基复合型改性沥青等原料和研究进展进行了梳理和汇总,并对生物基改性剂(植物油、植物酚、木质素、松香和衣康酸等)最新研究成果进行分享。提出了生物基高分子改性沥青目前存在的问题,最后对其未来发展进行了展望。

《Angew》刊发袁亮团队在生物基高分子材料领域新进展

近日,安徽农业大学林学与园林学院袁亮教授在国际顶级学术期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition,中科院1区,影响因子=16.6)发表题为《巯基-醛基缩聚制备生物基动态可降解酚类高分子》(《Thiol-Aldehyde Polycondensation for Bio-based Adaptable and Degradable Phenolic Polymers》)的研究论文。该论文被选为“Very Important Paper”,并作为Inside Cover进行报道。

生物基可闭环回收的高分子材料的研究及应用进展

以可再生的生物质为原料,设计合成可闭环回收的高分子材料,可以实现原料和高分子材料的可持续发展。本文概述了生物基可闭环回收高分子材料的发展和特性,从设计、合成、性能及应用等方面介绍了近几年来木质素、纤维素和植物油等生物基可闭环回收的高分子材料的研究进展,总结了其在3D打印、柔性电子材料、摩擦电纳米发电机、抗菌材料、太阳能蒸发器等方面的应用现状,并对生物基可闭环回收的高分子材料未来研究提出了建议。

高强衣康酸基环氧类玻璃高分子的制备与性能

以生物衣康酸为环氧单体,自主合成含硼酸酯键的三羧酸交联剂((Hexamethylene Tri(urethane-boronic ester-benzoic acid)-HBN)),通过环氧-羧基反应固化,制备出含双重动态硼酸酯键和酯键的生物衣康酸基环氧类玻璃高分子网络。分别利用红外光谱和氢谱分析对合成的聚合物材料和交联剂进行结构表征,成功合成了双重动态硼酸酯键和酯键的衣康酸基环氧高分子网络和三羧酸交联剂。然后对衣康酸基环氧高分子网络进行力学性能、热稳定性、热力学性能和应力松弛测试,研究不同HBN交联剂含量对衣康酸基环氧高分子网络性能的影响,结果表明:衣康酸基环氧高分子网络具有高的力学性能和热稳定性。此外,探究不同HBN添加量对衣康酸基环氧高分子网络的自修复和化学回收性能的影响,结果表明:EIA-HB-6网络具有优异的自修复和化学回收性能。

高色度甲壳素基高分子着色剂的制备及应用

在DMSO/EO溶剂体系中对部分脱乙酰化的再生甲壳素进行活性染料染色,制备了甲壳素基高分子着色剂,并利用其良好的乳化性制备了稳定的聚乳酸皮克林乳液,实现了对聚乳酸的均匀着色。用该方法制备的彩色甲壳素/聚乳酸复合膜具有良好的色牢度、机械性能和热性能。

生物基高分子型止血材料和伤口敷料

伤口的快速止血和愈合对人类的生命保障和身体健康有十分重要的影响,使得伤口护理材料的研究备受关注。其中,从动植物中提取或由生物基单体合成而得的生物基高分子材料,因具有良好的物理性能、生物活性、生物相容性、生物降解性和生物可吸收性等优点,被人们通过物理或化学方法,进行改性或药物负载,制成具有止血、杀菌、保护和促进伤口愈合等功能的止血材料和伤口敷料。本文从化学组成、制备方法、材料结构、评价方法和生物活性等多角度综述了近年来(特别是近5年来)聚乳酸、壳聚糖、海藻酸钠、透明质酸、蛋白质和聚磷酸盐等常见的生物基高分子在止血材料和伤口敷料方面的国内外研究进展,并分析对比了国内外研究水平。展望未来的研究和发展方向,在原料的种类拓宽、材料的多功能化和仿生化等方面仍待努力。

生物基可降解聚氨酯材料的制备及改性研究进展

利用生物质资源合成的聚氨酯材料,凭借其生物相容性和可降解性受到国内外的广泛关注。围绕近几年的文献,首先介绍了合成生物基聚氨酯常用的生物基多元醇和生物基异氰酸酯,以及它们的制备方法与结构特点,然后从不同结构的单体、不同扩链剂和复合改性等方面详细概述了生物基可降解聚氨酯的研究进展,阐述了单体的设计与合成、聚合反应原理、生物基可降解聚氨酯的结构、性能以及应用等内容。最后对未来生物基可降解聚氨酯的研究趋势进行了展望。

基于含亚胺键香草醛二醇的生物基可降解热塑性聚氨酯的制备及性能

由于资源稀缺和环境保护要求,依赖于石化来源的传统热塑性聚氨酯(TPU)在工业生产可持续性和使用后的废物的回收方面都面临着重大挑战。开发由可再生生物质资源合成的生物基TPU正变得日益迫切。以可再生的生物质资源香草醛(VAN)与间苯二甲胺反应合成了分子结构中带亚胺键的生物基扩链剂VAN衍生二醇(VAN-OH),并与1,4-丁二醇(BDO)组成不同比例的扩链剂组分,通过两步法与聚己内酯二醇(PCL),4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)加成聚合制备了一种高性能、可降解的生物基热塑性聚氨酯(BTPUs)。对BTPUs的结构、热性能、力学性能及化学降解性能进行了测试与表征。结果表明,适量生物基扩链剂VAN-OH的加入增强了BTPUs分子链结构中氢键作用、结晶性能和微相分离程度,从而提高了BTPUs的热稳定性、力学性能及降解性能。当VAN-OH在扩链剂中的物质的量分数为25%时,BTPUs的力学性能表现最佳,拉伸强度为33.32 MPa,断裂伸长率为823.62%,降解时间相较于未加VAN-OH的缩短了37.5%。当VAN-OH在扩链剂中的物质的量分数超过50%时,BTPUs的力学性能下降明显,但降解时间进一步缩短。上述研究结果验证了含动态亚胺键生物基扩链剂的存在能改善TPU的热学、力学与降解性能,可为开发新型BTPUs提供借鉴。

生物基聚脲酰胺的制备及性能研究

采用一锅两步法熔融缩聚合成了高强高韧的生物基聚脲酰胺(PUA)材料。在无催化剂及无溶剂的条件下,先将尿素与1,10-癸二胺反应合成新型生物基单体二(氨基十亚甲基)脲(DADU),并进一步与1,10-癸二酸(DA10)、1,12-十二碳二酸(DA12)或二聚酸(DmA)熔融缩聚制备了一系列高性能PUA。核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱证明了PUA的链结构,由体积排阻色谱得出PUA的分子量为12~13 kg/mol。PUA可热压成型,并展现了良好的力学性能,拉伸强度和断裂伸长率分别为25~45 MPa和400%~700%。其中PUA-DA10的拉伸强度达到聚酰胺1010(PA1010)的水平,但断裂伸长率是PA1010的2倍以上,可见其韧性远超于PA1010。PUA-DmA的断裂伸长率不亚于PA-DmA,但是其拉伸强度高于PA-DmA,体现出更高的强度和韧性。本研究证实将脲基引入聚酰胺(PA)得到的PUA可以提高材料的力学性能,该方法十分适合生物基聚酰胺的性能改进和多样化设计与应用。

可降解高分子材料的制备及其降解机理

随着科学技术的发展,工业生产中对绿色环保型材料的需求量越来越大。研究并开发可降解高分子材料能够极大地减小化石原料短缺、环境污染严峻等问题。在阐述可降解高分子材料降解机理(如生物降解、光降解、热降解以及溶剂降解等)的基础上,对可降解高分子材料的制备方法进行了综述,其中,包括生物基可降解高分子、合成型可降解高分子、共混型可降解高分子等。结果表明,生物基可降解高分子材料无毒且具有较好的生物相容性,而合成型有机高分子具有一定的可降解性、灵活可设计的结构及较强的力学性能及耐热性能。同时,展望了可降解高分子未来的重点发展方向,即可降解高分子材料性能的优化及材料降解速率的可控调节。

CO2/生物基环氧化合物共聚制备绿色聚碳酸酯材料

以CO2为原料合成脂肪族聚碳酸酯材料不仅利用了廉价、可再生的CO2资源,而且可以实现全生物降解高分子材料的制备,是一条绿色可持续的高分子材料合成路线。但长期以来,该领域研究多集中在利用CO2与一些石油来源的环氧烷烃(如环氧丙烷、环氧环己烷等)共聚方面,未能完全摆脱对石油资源的依赖。因此,发展基于生物基的环氧单体制备全生物基高分子材料逐渐成为CO2基高分子材料研究的热点。生物基来源化合物的引入有助于丰富CO2基高分子材料的结构和性能,拓展其应用领域。本文综述了近年来利用生物基环氧化合物与CO2共聚合成全生物基高分子材料的研究进展,并对未来该领域发展的趋势进行了展望。

生物基环氧树脂的研究进展

以生物基原料合成环氧树脂是目前解决双酚A环氧树脂原料不可持续性和毒性问题最切实可行的方案。在综述国内外生物基环氧树脂研究进展的基础上,对最近几年我们基于松香、衣康酸、没食子酸合成生物基环氧树脂方面的研究进展进行了介绍,在此基础上进行了总结和展望。

生物基稳定剂对SBS改性沥青性能的影响

采用自主研发的3种生物基稳定剂(A、B、C)制备了SBS改性沥青,在常规技术指标对比分析的基础上,以动态剪切流变(DSR)试验和弯曲梁流变(BBR)试验评价了沥青的高低温性能,以多应力重复蠕变(MSCR)试验评估了沥青的高温流变特性,并利用荧光显微试验分析了沥青的微观形态,同时进行了成本分析.结果表明:与商品硫磺稳定剂相比,生物基稳定剂能显著降低SBS改性沥青的135℃黏度,降幅达12.6%~25.8%;稳定剂A、C均具有改善沥青高温性能的优势,稳定剂A改善沥青低温性能略有优势;在改善高温流变性能方面,稳定剂A效果优异,稳定剂C与商品硫磺稳定剂各有优势,而稳定剂B效果不佳;稳定剂A可以促进SBS改性剂的分散;3种生物基稳定剂成本均与商品硫磺稳定剂相近.

基于对羟基苯丙酸的生物基液晶共聚酯纤维的合成与性能

针对常规生物基纤维力学性能与耐热性不足的问题,以6-羟基-2-萘甲酸、对羟基苯甲酸和对羟基苯丙酸(HPPA)为原料,采用一锅熔融聚合法合成了生物基液晶共聚酯,并通过熔融纺丝制备得到初生纤维,对共聚酯及其初生纤维的结构与性能进行研究。结果表明:制备得到的生物基液晶共聚酯为向列型液晶,其熔点在200℃左右,并随着HPPA添加量的增加而降低,而高HPPA添加量会导致共聚酯熔融行为不明显,不利于结晶;共聚酯具有良好的热稳定性,其质量损失5%时对应的温度高于370℃,在700℃时的残炭率大于30%;共聚酯初生纤维表面光滑均匀,断面具有明显的原纤结构,力学性能较好,并与HPPA的添加量呈负相关关系。

全生物基脂肪/芳香族不饱和共聚酯的合成及其性能研究

以生物基3,4-二羟基肉桂酸(DHCA)和蓖麻油酸(RA)为单体,采用熔融缩聚法合成了二者的共聚物PDH及DHCA的均聚物PD。采用FTIR、DSC、1H NMR、GPC和荧光分析等方法对PDH和PD进行了表征。实验结果表明,PDH中DHCA与RA结构单元的比例与聚合反应时单体加入量(n(DHCA)∶n(RA))基本一致;反应体系中RA的加入有利于提高PDH的相对分子质量,且大于PD的相对分子质量,当n(DHCA)∶n(RA)=4∶3时聚合产物PDH的数均相对分子质量为2.78×104;随PDH中柔性链段RA含量的增加,PDH的玻璃化转变温度降低,断裂伸长率增大,降解速率变慢,PDH中DHCA含量的降低使得分子结构的共轭性整体有所下降。

生物基聚呋喃类高分子的合成与应用研究进展

随着经济的迅猛发展和石油资源的不断枯竭,人们越来越重视将可再生资源转化为有用的化合物或聚合物。生物基聚呋喃类高分子具有单体来源广泛和良好的生态效益,可用于制备外包装材料、导电材料、自修复材料等,在许多领域存在着巨大的潜在应用价值,因此,其合成研究备受关注。本文以不同的反应单体与合成方法为依据,全面地总结了近10年来(特别是近5年)几种常见的聚呋喃及其衍生物的合成方法与应用研究进展,主要包括缩聚合成、金属催化偶联反应合成、氧化偶联聚合、基于其它非呋喃环原料的聚合以及Diels-Alder反应合成,并从所得产物的机械性能和使用功能等角度对各方法进行了简要的评价。着眼未来,性能优化与功能拓展仍是聚呋喃类高分子设计与合成的重点发展方向。

基于木质素优先降解策略的木质素高值化利用研究进展

木质素优先降解策略是天然木质素高效解聚生产木质素平台化合物最有效的方法之一。区别于传统木质素催化降解路径,这种催化降解策略以木质纤维素为原料,木质素在分离的同时立即与催化剂接触并完成催化降解。这种方法既省略了复杂的木质素分离步骤,又避免了木质素分离过程中的再聚合反应,可以得到高产率的木质素单体。近年来,随着多种新型催化解聚体系的不断建立与完善,这一方向的研究热点将会逐渐转移至下游转化工艺,即对木质素降解产物的高效开发利用。近期报道的很多生物质炼制工艺都描述了从木质素降解产物到高附加值产品的完整工艺流程,这其中就包括大宗化学品和精细化学品的新型生产工艺,以及基于这些中间产品所开发的高分子材料、药物分子或高值燃料的全新合成路线。基于此,笔者概述了木质素优先降解催化体系及其降解产物下游转化工艺研究的最新进展,特别是对木质素降解产物中不同组分的高值化利用进行了深入细致的讨论。根据木质素降解产物的结构特点,将其分类归纳成不同的组分,详细阐述了各组分转化为化学品、燃料和高分子材料的具体催化转化路径,并对后续研究的重点突破方向进行了展望。

血液透析膜的制备改性及组件设计

血液透析是治疗肾功能衰竭的一种最重要方法,而血液透析器是血液透析净化临床医学的重要器械之一.透析膜是血液透析器的关键核心元件,对治疗效果起着决定性作用.本文较全面的介绍了血液透析膜材料发展历程及趋势;并详细阐述了透析膜材料的血液相容性及改性方法的研究,包括抗凝血性、氧化应激、补体激活等方面;此外,也对透析膜组件的发展历程进行了较为详细的介绍.

接枝共聚法制备的新型生物基材料及其应用

本文简要介绍了以纤维素、淀粉、壳聚糖为代表的常见的生物基材料的结构特点、反应特性及其应用现状。总结了以生物基高分子为底物的接枝聚合反应的反应机理、不同接枝体系制备的接枝共聚改性物及其在染色、造纸、抗菌、金属离子吸附、超吸水物质等方面的应用。最后文章对利用接枝共聚法制备聚生物基材料的美好前景进行了展望。

可持续性阻燃材料的研究进展（英文）

在过去的40年,难燃的合成聚合物对"无卤阻燃"的要求已经从抑燃变为降低烟和毒性。在未来十年,对具有可持续性的阻燃材料将有一定需求。满足可持续发展的要求是一项复杂的挑战,涉及到全面了解产品的生命周期,尤其要注重原材料的选择和报废处理。本文将介绍卤系阻燃剂不曾考量到的问题,并对防火材料的可持续发展要求和产品生命周期的关键领域进行讨论,最后,将介绍一些最近的可持续发展防火材料的实例。