構(gòu)建生物基聚合物

構(gòu)建生物基聚合物

通過將生物合成專業(yè)知識與聚合物合成和工程技術(shù)相結(jié)合，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究小組為制備性能廣泛以及由糖衍生物鏈段合成的共聚物奠定了基礎(chǔ)。與石油基聚酯彈性體和硬質(zhì)塑料相比，新材料是第一個在成本和性能上邁出一大步的生物基嵌段聚合物。

化學(xué)工程和材料科學(xué)教授張可春（音譯）和博士后熊明勇（音譯）首先設(shè)計了一條生物合成路線來制備新的生物基單體——六元環(huán)β-甲基-δ-戊內(nèi)酯（MVL）。隨后，化學(xué)教授MarcA.Hillmyer及其研究生DeborahK. Schneiderman與化學(xué)工程和材料科學(xué)教授FrankS.Bates合作，有序控制MVL和丙交酯的共聚。丙交酯是已經(jīng)用于生物可降解聚合物的生物基環(huán)狀二元酯。

聚乳酸（PLA）屬于剛性脂肪族聚酯類材料，可應(yīng)用于可降解一次性水杯和醫(yī)療器械等。然而，PLA和其他商業(yè)化生物基聚酯的脆性阻撓了它們的廣泛應(yīng)用。

據(jù)Hillmyer介紹，高分子化學(xué)家們一直致力于改善PLA嵌段聚合物的性能，但是，新的聚合物鏈段要么來自于石油，要么來自于昂貴的可再生資源，而經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的生物基化合物如五元環(huán)γ-戊內(nèi)酯不易聚合，所以明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究小組開發(fā)了與丙交酯適應(yīng)性良好的MVL。

研究人員先前設(shè)計了利用酵母和細(xì)菌合成甲羥戊酸的新陳代謝途徑，中間還可以制備萜類化合物以及抗瘧疾藥物青蒿素。研究人員將該途徑擴(kuò)展，向其中加入真菌酶，直接從葡萄糖制備MVL。MVL的收益率表明其可以商業(yè)化生產(chǎn)，成本僅為2美元/千克，這是一個極具經(jīng)濟(jì)價值的數(shù)字，Hillmyer如此評價道。

MVL可形成強(qiáng)韌的無定形聚合物，加入丙交酯后形成韌性更強(qiáng)的結(jié)晶聚合物。通過控制MVL與丙交酯的比例，研究人員已經(jīng)可以制備不同性能的共聚物，從用于跑鞋鞋底的柔軟、可伸張的彈性體到用于汽車的剛性、強(qiáng)韌的熱塑性塑料。

（本欄目編輯：李麗平）