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脂肪族聚酯是一类生物相容性优良的可降解高分子材料,具有良好的物理力学性能和机械加工性能,广泛用于包装材料、组织工程、生物医学等领域。非金属有机小分子催化剂因无金属残留,反应条件温和,同时又具有高效、聚合可控等优点,已成为合成脂肪族聚酯领域的研究热点。目前有机小分子按照催化机理的不同主要分为亲核加成单体活化、亲电加成单体活化、引发剂/链端活化和双官能团协同活化。其中,双官能团活化是指一部分亲电基团通过氢键活化单体,一部分作为亲核基团通过氢键活化引发剂/链端,协同催化实现开环聚合。本文主要研究了双官能团焦磷酸催化体系和组合型酸碱双官能团催化体系对环酯开环聚合的催化活性和反应特点。 本论文研究了以焦磷酸(imidodiphosphoric acid, IDPA)为催化剂,苯甲醇(BnOH)为引发剂,催化三亚甲基碳酸酯(TMC)的开环聚合反应。IDPA对TMC具有优良的催化活性,聚合过程可控,反应体系不脱羧,最终能够获得高分子量低分子量分布的聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)。通过1H NMR,SEC,andMALDI-TOF MS对PTMC进行结构表征,证实IDPA对TMC的开环聚合是以BnOH引发的。动力学实验和扩链反应的数据表明IDPA催化TMC开环聚合的反应具有活性聚合特征。通过核磁和红外的研究,验证了IDPA对单体和引发剂的双官能团协同活化机理。为了突出IDPA的催化活性,本论文分别以1,3-丙二醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇为多元醇引发剂,合成了低分散度的α,ω-双羟基遥爪聚合物以及星型聚碳酸酯。同时,以IDPA的催化体系成功制备了TMC与δ-VL、ε-CL嵌段共聚物,改善了聚碳酸酯的物理力学性能。 焦磷酸因酸性较弱不能催化L-丙交酯(L-LA)的溶液聚合。因此本论文将焦磷酸和4,4-二甲氨基吡啶(DMAP)作为组合型酸碱双官能团催化剂,BnOH作为引发剂,催化L-LA的开环聚合反应。本论文研究了不同比例的IDPA和DMAP组合型催化剂对L-LA的催化活性,确定了最优比为[IDPA]/[DMAP]=1/2,最终能获得分子量可控的聚乳酸(PLLA,Mn,NMR=10197g mol-1,Mw/Mn=1.13)。通过详尽的反应动力学实验、扩链反应和核磁实验,验证IDPA/DMAP催化L-LA开环聚合具有活性聚合特征,并提出IDPA/DMAP双官能团活化机理。IDPA和DMAP混合后形成的共轭酸通过形成氢键活化单体羰基氧,同时过量的DMAP能活化引发剂的羟基氢,增强羟基氧的亲核进攻能力。为了改善聚乳酸的性能,本论文在IDPA和IDPA/DMAP催化体系下,成功合成了δ-VL、ε-CL、TMC与L-LA的嵌段共聚物,即聚(δ-戊内酯-b-L-丙交酯)(PVL-b-PLLA)、聚(ε-己内酯-b-L-丙交酯)(PCL-b-PLLA)、聚(三亚甲基碳酸酯-b-L-丙交酯)(PTMC-b-PLLA)。 综上所述,双官能焦磷酸催化剂和组合型酸碱催化剂安全无污染,对环境友好,在温和的反应条件下能有效地催化环酯的开环聚合。