生物基异己糖醇聚酯的制备及其构效关系研究进展

王亚宁， 周楚帆， 乌 婧， 王华平,3

(1. 东华大学 纺织产业关键技术协同创新中心， 上海 201620； 2. 东华大学 材料科学与工程学院，上海 201620； 3. 东华大学 纤维改性材料国家重点实验室， 上海 201620 )

高分子材料由于其质轻价廉以及性能优良的优势，可加工成纤维、工程塑料、薄膜和泡沫等多种形态，应用范围几乎涵盖现代社会的每个领域。近60年来，全球累计生产塑料制品近400 Mt[1]。随着人类社会的进步，塑料制品的需求量持续增大，而塑料与自然环境和人类社会可持续发展的冲突也日益加深。一方面，传统塑料制品大分子主链物化性质稳定，在自然环境中难以降解[2]。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶为例，其在100%相对湿度下的预期寿命可达27～93 a[3]。由于每年近25 Mt的塑料制品[3]中约有70%用于短期应用[2]，而废弃塑料中仅有不到10%得到回收，约有8%被焚烧，近80%直接通过土地填埋处理[2,4]，造成了严重的环境污染。塑料缓慢降解过程中，随着物理崩解的发生，会逐步向周围环境释放有毒有害小分子及形成微塑料(指直径在1×10-5～5 mm的塑料颗粒[5])。微塑料近年来被认为是一种新兴污染物，随洋流运动在全球范围广泛扩散[3]，被微生物、动物及农作物吸收后，经食物链传播和富集，给生态系统和人类带来极大潜在危害和风险[5]。另一方面，塑料的生产消耗了大量不可再生的石化资源，且后处理过程中产生大量二氧化碳气体，引发全球变暖的危害性是典型温室气体甲烷的21倍[6]，因此，塑料产业的可持续发展必须要解决原料及环境污染问题。近年来，绿色可再生的生物质资源以及可生物降解聚合物成为研究热点。

碳水化合物是目前地球上储量最大的生物质资源[7]，产量约占每年生物质总产量的75%，主要包含淀粉、半纤维素和纤维素等含有多羟基的醛类或酮类化合物[8]。碳水化合物虽来源丰富，但其化学结构中大量羟基官能团导致其热稳定性差，较难直接用于高温工业生产工艺。去官能化制备碳水化合物衍生物是提高这类原料热稳定性和适用性的有效策略[9-10]。常见的碳水化合物衍生单体有乳酸、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、丁二酸、长碳链二元酸(如癸二酸)、山梨醇和异山梨醇等。

异己糖醇(1,4∶3,6-二脱水己糖醇)是研究较为广泛的一类碳水化合物衍生二元醇，可由纤维素、淀粉等原料经生物发酵等方法进行制备。异己糖醇包含3种异构体，即异山梨醇(IS)、异甘露醇(IM)和异艾杜醇(II)。其中异山梨醇已实现吨级工业化生产[11-13]。目前，研究人员已将异己糖醇应用于各类聚合物的合成，如聚酯[14]、聚酰胺[15]、聚碳酸酯[16]等。异己糖醇的低毒特性也开辟了其在包装、食品、医药等领域的应用[17]。异己糖醇基聚合物中，聚酯的研究与应用最为广泛，潜在应用领域主要包括工程塑料和包装材料等，纤维领域也值得研究和开发[10]。已有综述文章系统地讨论了近年来异己糖醇聚合物的合成、性能和应用等[7,17-18]。本文围绕近年来研究最为广泛的几种异己糖醇基聚酯，深入讨论其在构建生物基、生物可降解聚酯时的构效关系，为开发和拓展新型绿色聚酯的商业化应用(如工程塑料和纤维等)提供思路。

1 异己糖醇的结构与性能

1.1 异己糖醇的结构特点

异己糖醇的骨架由2个呈V型顺式稠合的呋喃环构成，二面角约为120°。异己糖醇的2个仲羟基官能团分别位于C2和C5位上，分为内(endo)、外(exo)2种构象，如图1所示。其中内羟基较易与邻位呋喃环上的氧原子形成氢键，增强了其亲核性，但同时也增大了空间位阻，导致不同构型的异己糖醇具有不同的反应活性，在熔融聚合中异己糖醇外羟基的活性往往高于内羟基[18-19]。

图1 异己糖醇的3种异构体Fig.1 Three isomers of isohexides. (a)Isosorbide；(b)Isomannide；(c)Isoidide

1.2 异己糖醇的性能特点

1)分子刚性。顺式稠合的环状结构使异己糖醇具有较高的分子刚性和较大的空间位阻，将其引入分子链中，能够像芳香环单元一样限制聚合物链段的运动[20]，从而提高聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。

2)手性。异己糖醇具有2个手性碳(C2和C5)，可用于各种光学功能性塑料的制备，如光盘、棱镜反射器、透镜和光纤等[11]。

3)亲水性。异己糖醇的氧杂环具有强亲水性，有助于聚合物的表面润湿[13]，提高聚合物水解的敏感度。

4)低毒性。来源于生物基的异己糖醇具有低毒性，可用于食品包装、生物医药等领域。其中已有研究表明，用异己糖醇制备的生物医用材料在体外细胞培养等测试可以显示出较好的生物相容性[21]。

上述性能特点使得异己糖醇可广泛应用于食品、医药、电子、聚合物合成等领域，但由于异己糖醇的C2、C5 位官能团为仲羟基，其亲核反应活性不高，加之空间位阻大和内羟基易形成氢键的特点，异己糖醇聚合时的活性受到很大限制；且提高聚合反应温度和延长反应时间，都会造成较为严重的热降解，导致产品发黄、变色，甚至出现凝胶等问题[9,12]。为改善这些问题，许多学者正致力于研究更加高效的催化剂和更加温和的聚合反应体系，或对异己糖醇进行化学衍生，如采用增碳化[22]、乙酰化[23]等得到高活性异己糖醇衍生物，进一步进行聚合。

2 异己糖醇基聚酯的种类及制备方法

聚酯是目前异己糖醇聚合物中研究最为广泛的一类。2018年，美国市场异山梨醇的年生产总量中有25%被用于聚(对苯二甲酸乙二醇酯-co-对苯二甲酸异山梨醇酯)(PEIT)聚酯的合成[17]。利用异己糖醇制备聚酯时，其本征的高结构刚性和亲水性可赋予聚酯优良性能。一方面，将其结构单元引入聚酯主链时可高效提高玻璃化转温度，进而拓宽材料的加工窗口和应用范围。另一方面，异己糖醇可在提高聚酯热性能的同时维持一定生物降解性，有望代替石油基对苯二甲酸，制备高生物基含量的可生物降解聚酯[11]。本节将针对均聚型和共聚型聚酯分别进行讨论。

2.1 异己糖醇基均聚酯

2.1.1 异己糖醇与酰氯单体聚合

由于异己糖醇反应活性低，均聚酯的合成探索工作最早是基于其与活性较高的脂肪族二酰氯的逐步聚合方法展开的，聚合方法如图2所示。

图2 异己糖醇与脂肪族二酰氯制备聚酯的路线Fig.2 Synthetic route of polyesters based on isohexides and aliphatic dicarboxylic acid chlorides

Braun等[24]以异山梨醇(IS)和异甘露醇(IM)为二醇单体，在80 ℃下分别与不同碳链长度的脂肪族二酰氯进行熔融缩聚，合成了一系列异己糖醇基均聚酯。进一步研究发现，将这些聚酯与聚氯乙烯(PVC)共混能够降低体系的Tg，且随着参与共混的聚酯含量增加，体系的Tg呈下降趋势，当均聚酯所占比例达50%时，PVC的Tg从80 ℃ 降至35 ℃，因此，此类异己糖醇聚酯具有作为增塑剂的潜力。Okada等[25]尝试利用异己糖醇的3种异构体(IS、IM、II)分别与不同碳链长度的脂肪族二酰氯进行本体聚合，在140～160 ℃无催化剂条件下合成了亚甲基数量在4～10之间的异己糖醇基均聚酯。异山梨醇的2个羟基(endo/exo)反应活性较低[18]，高活性的酰氯与异山梨醇聚合时并不对羟基产生选择性，因此，在聚合初始阶段，2种不同构象的羟基都会与酰氯反应形成2种不同的初始结构(exo和endo)，从而导致最终聚合物多呈无定形结构[26]。酰氯的亚甲基个数大于 6时聚合物为半结晶态，且随着亚甲基数目的增多，合成聚酯的熔点呈上升趋势，Tg则呈下降趋势。

为研究聚酯的降解性，Okada等[27-28]采用活性污泥法、土埋法和酶促降解法对此类聚酯进行测试，结果显示聚酯的生物降解性与异己糖醇结构单元的立体构象具有相关性：异甘露醇内羟基的空间构象阻碍了酶与单体的接触，因此，降解效果不佳；异艾杜醇基聚酯则由于其较高的结晶度影响了酶降解效果；相比之下，异山梨醇基聚酯表现出了相对较好的降解性。

异己糖醇与酰氯单体聚合得到的均聚酯由于酰氯原料价格高，且有一定毒性，其产业化应用受到一定限制。

2.1.2 异己糖醇与羧酸/羧酸酯单体聚合

二元醇与二元羧酸进行直接酯化和缩聚的方法是目前工业上制备聚酯最为常用的方法，也是最为环保的方法。此外，二元醇还常与二元羧酸酯单体通过酯交换和缩聚法制备聚酯。Park等[21]采用熔融缩聚方法，以低毒的异丙醇钛为催化剂，利用异山梨醇与不同碳链长度的二酸单体(丁二酸、己二酸、癸二酸)在 180 ℃聚合，得到3种均聚酯PISU(n=2)、PIA(n=4)、PIS(n=8)，如图3所示。

图3 异山梨醇与不同碳链长度的二酸制备聚酯的路线Fig.3 Synthetic route of polyesters based on isosorbide and dicarboxylic acids with different chain lengths

聚酯的分子质量随二酸烷基链上亚甲基数增多而提高(亚甲基数n=2、4、8，数均分子量(Mn)分别为2 889、8 764、19 218 g/mol)。由于具有柔性的亚甲基单元的增加，分子链段活动性增强，聚酯的Tg随之降低；同时分子主链中链式烷烃二酸的化学稳定性提高了聚酯的热稳定性(质量损失5%时的温度分别为193 (PISU)、 268 (PIA)、344 (PIS) ℃)。

异己糖醇基脂肪族聚酯具有较好的生物降解性[27]和生物相容性，有望作为医疗器械或药物输送材料使用[21]。常用的合成方法熔融聚合中使用的金属催化剂易残留，限制了其在生物医用材料中的应用；且由于异己糖醇仲羟基的低反应活性及其易热降解的特点，熔融聚合较难得到高分子质量且低黄变的产物，因此，已有研究考虑采用更绿色更温和的酶催化聚合法。常用的酶如南极假丝酵母脂肪酶B(CAL-B)， 可在水相或有机相中高效催化酯的相关反应(合成/水解/酯交换)，具有较强的立体及位置选择性。CAL-B物理吸附于聚甲基丙烯酸树脂得到的固定化脂肪酶Novozym 435，具有高活性和热稳定性，是近年来研究最多的商业化脂肪酶之一[29]。Juais等[26]以Novozym 435作为酶催化剂合成了一系列基于异山梨醇与不同羧酸二乙酯(碳链长度分别为4、5、6、8、10)的均聚酯发现，与熔融聚合相比，以环己烷/苯(6∶1)混合物为溶剂进行共沸聚合，可高效排除反应小分子副产物，聚合效果最好，可获得较高分子质量的聚酯(重均分子量(Mw)为40 000 g/mol)。

与酰氯聚合路线不同，酶催化聚合具有一定选择性，会优先使异山梨醇发生外酰化或内酰化反应，形成具有一定立体规整性的链段，序列结构有序性较高[26]，因此，酶催化异山梨醇与丁二酸制得聚酯的Tg(56 ℃)[26]高于异山梨醇与丁二酰氯单体合成的聚酯(Tg=36 ℃)[27]。

异己糖醇基均聚酯的成功合成为后续的探索研究奠定了基础，但由于异己糖醇本身活性的限制，难以制得高分子质量的均聚酯，且由于热降解严重，高含量异己糖醇聚酯的合成仍具有很大的挑战性。

2.2 异山梨醇基共聚酯

如前所述，由于异己糖醇的高刚性、低活性以及易热降解的特点，异己糖醇基均聚酯的应用受到一定限制。为提高其应用性，常采用共聚改性的方法，将异己糖醇单体与其他各类具有特定性能的单体进行共聚改性。常见的与异己糖醇共聚的单体可分为脂肪族单体和芳香族单体，潜在应用涉及纤维、工程塑料、医用材料和涂覆材料等领域。本节将着重介绍和讨论几种研究最为深入的异山梨醇共聚酯的合成与性能，共聚酯化学结构及合成路线如图4所示。

注：PBIS为聚(丁二酸丁二醇酯-co-丁二酸异山梨醇酯)； PBISI为异山梨醇基四元共聚酯； PEIT为聚对苯二甲酸乙二醇酯-co-对苯二甲酸异山梨醇酯；PBIT为聚对苯二甲酸丁二醇酯-co-对苯二甲酸异山梨醇酯； PCIT为聚对苯二甲酸环己烷 二甲醇酯-co-对苯二甲酸异山梨醇酯； PCIsFs为聚呋喃二甲酸环己烷二甲醇酯-co-呋喃二甲酸异山梨醇酯。图4 异山梨醇基典型共聚酯的化学结构及其合成路线Fig.4 Chemical structures and synthetic routes of typical copolyesters based on isosorbide

2.2.1 PBIS

由直链二元醇和二元酸合成的脂肪族聚酯，如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有优异的生物降解性，但其力学性能(抗拉强度为30～35 MPa，弹性模量为300～500 MPa)和热性能(Tg为-36 ℃，熔点(Tm)为110 ℃)欠佳[13,30]，主要应用为软质薄膜材料。尽管添加对苯二甲酸(TPA)等芳香共聚单体能改善其力学性能和Tg，但也抑制了生物降解速率[31]。以异山梨醇代替对苯二甲酸制备的共聚酯有望获得较高热学、力学性能，且兼顾较好生物降解性。聚丁二酸丁二醇酯-co-丁二酸异山梨醇酯(PBIS)是近年来研究较多的一种异山梨醇基脂肪族聚酯，其原料(丁二酸、1,4-丁二醇、异山梨醇)可为100%生物基单体。熔融聚合制备的PBIS 以无规高分子为主，由于高温下IS易发生热分解，聚合物中IS的含量一般不高(<30%)[32]。Qi等[13]在较低熔融反应温度(酯化温度为160～170 ℃，缩聚温度为210～220 ℃)和添加抗氧化剂(Irganox 1010)条件下，合成了有较高分子质量的PBIS共聚酯。随IS摩尔分数从0增到100%，共聚酯数均分子量呈下降趋势(Mn从38 700 g/mol下降至7 300 g/mol)，但IS的引入几乎线性地提高了PBIS共聚酯的Tg(Tg从-37 ℃增加至65 ℃)。

为探究共聚酯的降解性，Qi等[13]在37 ℃对聚酯进行了酶降解测试，并在中性(pH值为7.2)和酸性(pH值为2.4)条件下进行水解测试。由于IS的不对称结构破坏了分子链的规整性，聚酯晶区比例降低，无定形区域的链段更易受到水分子的作用而降解，因而，随着异山梨醇结构单元的引入，共聚酯的水解和生物降解性显著提高。受酸催化的影响，共聚酯在酸性条件下的水解更为显著。与芳香共聚单体如对苯二甲酸相比，IS的引入既有利于提高共聚酯的Tg，还可有效避免材料的降解速率下降。

Caretto等[33]利用异山梨醇、脂肪族二醇(如1,2-丙二醇和1,3-丙二醇、甘油)和琥珀酸(SuA)共聚，构建新型全生物基共聚酯，用于粉末涂料的制备(见图5)。当共聚酯中IS摩尔分数为18%～36%时，聚酯的数均分子量Mn≈4 000 g/mol，Tg= -22～28 ℃，交联后Tg可达20～60 ℃，符合作为粉末涂层材料的条件(Mn=2 000～6 000 g/mol，Tg> 45 ℃[34])。 所得涂层具有较为优异的光化学耐久性，紫外线照射2 000 h后未出现明显老化发黄现象。

图5 异山梨醇与丁二酸以及不同的二元醇制备共聚酯Fig.5 Synthesis of copolyesters with isosorbide, succinic acid and different diols

2.2.2 PBISI

Kang[35]等以丁二醇(BDO)、异山梨醇(IS)、癸二酸(SeA)和衣康酸(IA)为原料合成了异山梨醇基四元共聚酯PBISI。衣康酸链段上的不饱和键在过氧化二钴(DCP)的作用下交联得到可结晶网络，表现出优异的形状记忆特性。根据引发温度(Ttrans)的不同，PBISI在一定条件下发生临时形变，之后可以恢复原来形状，其形状固定性和形状恢复率均接近100%，可用作形状记忆材料(SMPs)，进而用于药物输送或生物医用材料制备[35]。通过改变PBISI共聚酯的化学组成和交联固化程度，可灵活控制形状记忆响应，调控其响应温度发生在人体生物医学应用的典型转换温度(Ttrans=26～54 ℃)上。同时，PBISI基SMPs材料在细胞粘附和增殖测试中也呈现出基本无毒的性质，具有较好生物相容性，适用于生物医药应用。

2.2.3 PEIT

聚酯中应用最为广泛的PET，可应用于纤维、工程塑料、薄膜片材和包装材料等领域。截止到2020年， PET产能超过1.1亿t[36]。近年来，利用异山梨醇对PET改性制备的共聚酯PEIT得到了学者的广泛关注。异山梨醇能够显著提高PET的Tg，且改变异山梨醇含量可使PEIT共聚酯的Tg在80～200 ℃之间调控[18,37]。IS含量较低(0%～20%)时所得聚合物为半结晶性质，可通过固相聚合(SSP)继续对其进行增黏[38]；而IS含量较高时，聚合物多为无定形结构。改性后的PEIT可用于耐热瓶或耐热纤维的制备，且Tg的提高使PEIT具有与高Tg的透明材料(如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))竞争的潜力[38]。

异山梨醇具有低反应活性，聚合过程中不能完全转化而被浪费。传统的分离未反应异山梨醇的方法是高温蒸馏分离法，但该方法会导致异山梨醇热分解、变色。针对此问题，Lee等[39]设计了一种用于PEIT聚合过程的异山梨醇回收系统。该团队分析了异山梨醇在乙二醇(EG)中的溶解度和结晶动力学，采用了一种低温结晶方式，利用溶解度差异将其从体系中分离出来，避免了熔融聚合过程中未反应异山梨醇的大量损失。此外，为满足可持续生产需求，开发绿色、高效催化体系是提升异己糖醇单体工业应用性的重要研究方向[40-42]。

2.2.4 PBIT

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种应用广泛的半芳香族聚酯，但其Tg(≈45 ℃)较低[43]，且难降解，应用范围受到限制。为解决以上问题，引入异山梨醇或使其代替部分二醇组分可提高共聚酯的Tg，在改善原芳香族聚酯热性能的同时提高降解性能。Kricheldorf等[44]分别采用熔融聚合(180～250 ℃)和溶液聚合(溶剂为二氯甲烷(40 ℃)或者甲苯(100 ℃))制备了PBIT共聚酯，结果表明即使少量异山梨醇的加入也可显著提高Tg(摩尔分数为6%的IS可使Tg提高10～12 ℃)。异山梨醇摩尔分数超过50%时，聚酯的Tg可达100 ℃ 以上，可用于非晶透明工程塑料。Chen等[45]采用熔融缩聚制备了PBIT共聚酯，通过聚合工艺条件控制(180～190 ℃酯交换，250～260 ℃缩聚)，成功地获得了具有相当高分子质量的PBIT共聚酯(Mn=22 000～32 000 g/mol，IS摩尔分数为0%～50%)。IS引入体系后聚酯Tg呈线性上升，当IS摩尔量分数为41%时，共聚酯的Tg可达90 ℃，超过PET的80 ℃。通过在不同环境下进行降解测试发现，具有亲水性的IS的引入显著提高了聚酯在酸性条件下(pH值为2.4)的水解降解性，水解过程主要是酯键的水解而非IS中醚键的断裂，且PBIT在中性环境(pH值为7.2)下的水解和酶解测试中体现出了较好的稳定性。

2.2.5 PCIT

环己烷二甲醇(CHDM)是一种石油基环状刚性二元醇，常用于各种聚合物中改善原材料的热学性能。CHDM与对苯二甲酸的均聚酯PCT的熔点可达250～310 ℃。Koo[46]等利用异山梨醇与PCT进行共聚以调控共聚酯的Tg和Tm。IS摩尔分数为100%时，聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯-co-对苯二甲酸异山梨醇酯)(PCIT)的Tg达到195 ℃(外推法预测)。少量IS(<17%)存在时的共聚酯仍可结晶，但当IS添加量达到25.4%时形成无定形结构。Legrand等[47]在二步法熔融缩聚的基础上，对半结晶的异山梨醇基共聚酯进行固相缩聚以提高其分子质量，异山梨醇添加量最高可达25%。此外，在PCIT体系中加入乙二醇共聚可得到四元共聚酯PEICT(Tg为 92～143 ℃，Mn为19 100～25 400 g/mol)[48]。 PCIT和PEICT均具有较高的耐热性和力学性能[49]。

PCIT和PEICT可进一步制成纤维。文献[49-50]采用静电纺丝法制得了PCIT和PEICT纳米纤维，并对2种纤维的性能进行了对比研究。2种纳米纤维表面光滑，取向随机，表面形貌并无显著差别，如图6所示。与PEICT相比，PCIT中CHDM更高的反式构型率使聚合物链段排列更加规整，使其抗拉强度高于PEICT纤维；且与非晶态的PEICT纤维不同的是，PCIT纤维具有明显的结晶行为[49]。

图6 PCIT和14% PEICT纳米纤维的扫描电镜照片Fig.6 SEM images of PCIT(a) and 14% PEICT (b) nanofibers

此外，PCIT聚酯还可与其他材料混合制备具有特定功能的纳米纤维。将天然抗菌剂蜂蜜掺入到PICT聚酯中，通过静电纺丝可制得新型纳米纤维(见图7(a))，其可应用到医用抗菌敷料中。当蜂蜜含量为15%时，该纳米纤维具有较好的弹性与拉伸强度[51]。将清洁材料氧化锌(ZnO)与PCIT混合，通过静电纺丝制得的纳米纤维具有高效的自清洁效率(最高可达99%)，在纺织工业中具有很大的应用潜力(见图7(b))[52]。

图7 PCIT与蜂蜜和ZnO共混纳米纤维透射电镜照片Fig.7 TEM images of 10% PCIT/honey (a) and 5% ZnO/PCIT (b) nanofibers

2.2.6 PCIsFs

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是近年来广受关注的一种生物基二元羧酸，其独特的呋喃芳环结构有利于提高聚合物的热稳定性和力学性能[53]，是石油基对苯二甲酸的潜在替代品。Kasmi等[54]利用异山梨醇(IS)、2,5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFD)和环己烷二甲醇(CHDM)合成了一系列生物基共聚酯(PCIsFs)。PCIsFs的热性能可根据CHDM/IS的量比进行调控，随着异山梨醇组分从5%增加到40%，PCIsFs的熔点降低(由257 ℃降至219 ℃)，结晶性降低；但其Tg从76 ℃提高到103.5 ℃，且质量损失5%的温度高于360 ℃，良好的热稳定性可使其在高温下进行加工。在FDCA和CHDM体系中引入IS可调控这类生物基聚合物的热力学性能，提高其在食品包装、耐热容器等领域的附加值优势。

3 结束语

面对当下资源和环境危机，异己糖醇作为一种新型生物基单体，其结构刚性、光学特性以及亲水性等优点在构建具有更高性能的环境友好型生物基、生物可降解聚酯方面具有很高的潜力。本文围绕近年来研究较为充分及具有较好商业化应用潜力的异己糖醇基聚酯，介绍其合成、性能以及应用的研究进展，进一步探究异己糖醇聚酯的构效关系。异己糖醇聚合物的工业化应用仍需开发更高效、温和的聚合体系，特别是更为高效的催化剂，以攻克异己糖醇单体的反应活性受限和聚合物制备过程中热降解严重的问题。同时，通过合理的分子结构设计，实现新型聚合物材料热学、力学和生物降解等性能的协同调控问题，以满足多领域(如绿色环保型塑料及纤维)的应用需求。