构建生物基聚合物

构建生物基聚合物

通过将生物合成专业知识与聚合物合成和工程技术相结合，美国明尼苏达大学的研究小组为制备性能广泛以及由糖衍生物链段合成的共聚物奠定了基础。与石油基聚酯弹性体和硬质塑料相比，新材料是第一个在成本和性能上迈出一大步的生物基嵌段聚合物。

化学工程和材料科学教授张可春（音译）和博士后熊明勇（音译）首先设计了一条生物合成路线来制备新的生物基单体——六元环β-甲基-δ-戊内酯（MVL）。随后，化学教授MarcA.Hillmyer及其研究生DeborahK. Schneiderman与化学工程和材料科学教授FrankS.Bates合作，有序控制MVL和丙交酯的共聚。丙交酯是已经用于生物可降解聚合物的生物基环状二元酯。

聚乳酸（PLA）属于刚性脂肪族聚酯类材料，可应用于可降解一次性水杯和医疗器械等。然而，PLA和其他商业化生物基聚酯的脆性阻挠了它们的广泛应用。

据Hillmyer介绍，高分子化学家们一直致力于改善PLA嵌段聚合物的性能，但是，新的聚合物链段要么来自于石油，要么来自于昂贵的可再生资源，而经济性强的生物基化合物如五元环γ-戊内酯不易聚合，所以明尼苏达大学的研究小组开发了与丙交酯适应性良好的MVL。

研究人员先前设计了利用酵母和细菌合成甲羟戊酸的新陈代谢途径，中间还可以制备萜类化合物以及抗疟疾药物青蒿素。研究人员将该途径扩展，向其中加入真菌酶，直接从葡萄糖制备MVL。MVL的收益率表明其可以商业化生产，成本仅为2美元/千克，这是一个极具经济价值的数字，Hillmyer如此评价道。

MVL可形成强韧的无定形聚合物，加入丙交酯后形成韧性更强的结晶聚合物。通过控制MVL与丙交酯的比例，研究人员已经可以制备不同性能的共聚物，从用于跑鞋鞋底的柔软、可伸张的弹性体到用于汽车的刚性、强韧的热塑性塑料。

（本栏目编辑：李丽平）