Completely recyclable biopolymers with linear and cyclic topologies via ring-opening polymerization of γ-butyrolactone

聚合 单体 聚合物 化学 产量(工程) 聚酯纤维 催化作用 开环聚合 环应变 戒指(化学) 高分子化学 有机化学 材料科学 复合材料
作者
Miao Hong,Eugene Y.‐X. Chen
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1): 42-49 被引量:634
标识
DOI:10.1038/nchem.2391
摘要

Ring-opening polymerization (ROP) is a powerful synthetic methodology for the chemical synthesis of technologically important biodegradable aliphatic polyesters from cyclic esters or lactones. However, the bioderived five-membered γ-butyrolactone (γ-BL) is commonly referred as ‘non-polymerizable’ because of its low strain energy. The chemical synthesis of poly(γ-butyrolactone) (PγBL) through the ROP process has been realized only under ultrahigh pressure (20,000 atm, 160 °C) and only produces oligomers. Here we report that the ROP of γ-BL can, with a suitable catalyst, proceed smoothly to high conversions (90%) under ambient pressure to produce PγBL materials with a number-average molecular weight up to 30 kg mol–1 and with controlled linear and/or cyclic topologies. Remarkably, both linear and cyclic PγBLs can be recycled back into the monomer in quantitative yield by simply heating the bulk materials at 220 °C (linear polymer) or 300 °C (cyclic polymer) for one hour, which thereby demonstrates the complete recyclability of PγBL. Bio-derived γ-butyrolactone (γ-BL) is commonly referred to as ‘non-polymerizable’ due to its low strain energy. Now it has been shown that ring-opening polymerization of γ-BL can in fact proceed to high conversions under ambient pressure with a suitable catalyst, producing high-molecular-weight polymers with controlled topologies and complete recyclability.
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