Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 7

Алифатические кислоты и терефталевые кислоты также можно использовать вместе для взаимодействия с алифатическими диолами с получением биоразлагаемых алифатических ароматических сополиэфиров. Типичные синтетические алифатические полиэфиры включают PCL, PBS и их сополимеры. Наиболее широко используемым алифатическим ароматическим сополиэфиром является PBAT, производимый BASF (Ecoflex), DuPont (Biomax) и Eastman Chemical (Eastar Bio). Поликапролактон или PCL представляет собой полукристаллический алифатический полиэфир, синтезированный полимеризацией капролактона с раскрытием кольца. Он полностью разлагается под действием ферментов. В зависимости от своей молекулярной массы PCL может быть воскообразным твердым веществом (с молекулярной массой менее нескольких тысяч) или твердым полимером (с молекулярной массой более 20000). Восковый PCL обычно используется в качестве добавок или сопутствующих компонентов. Полимер PCL с высокой молекулярной массой имеет механические свойства, аналогичные свойствам полиэтилена, он обладает растягивающим напряжением 12-30 МПа и удлинением при разрыве 400-900%. Очевидно, что все свойства сильно зависят от молекулярной массы. PCL демонстрирует гибкость высокомолекулярных цепей и превосходную технологичность. Из него можно формовать волокна или выдувные пленки при температуре ниже 200 °C без термического разложения.

Недостатком PCL является его низкая температура плавления (около 60 °C) и низкая температура стеклования (также около 60 °C), что не позволяет применять его при повышенных температурах. Поэтому PCL часто смешивают с другими полимерами, такими как PP, поликарбонат (PC), полиэтиленоксид (PEO) и крахмал, для получения композитов с желаемыми свойствами. Основные производители PCL включают Dow Chemical в Соединенных Штатах, Solvay в Европе и Daicel Chemical Industries в Японии. Выпускаемый на рынок под торговыми марками TONE и CAPA, PCL широко используется в пищевой упаковке и тканевой инженерии. Например, микроклеточные пены PCL используются для регенерации тканей и трансплантации клеток. Следующий материал, полибутилен сукцинат или PBS – один из наиболее важных биоразлагаемых сложных полиэфиров, синтезируемых поликонденсацией янтарной кислоты и бутандиола. Реакция протекает в два этапа. Сначала происходит этерификация между двухосновной кислотой и диолом, а затем происходит поликонденсация при высокой температуре с образованием высокомолекулярного PBS. Японцы синтезировали различные алифатические сополиэфиры (PBS и PBSA) на основе сукцината, адипата, этиленгликоля и 1,4-бутандиола, которые были синтезированы и коммерциализированы под торговым названием «Бионолл».

Триглицерид содержит реакционноспособные группы, такие как двойная углерод-углеродная связь, а также аллильные и сложноэфирные группы, которые позволяют вводить полимеризуемые группы в молекулы триглицеридов с использованием обычных методов синтеза. Прежде чем их можно будет использовать в качестве мономеров для высокомолекулярных полимерных материалов, все растительные масла должны быть функционализированы путем модификации этих активных центров. Двойные связи в триглицеридах нельзя использовать в реакции поликонденсации для получения высокомолекулярных полимеров без надлежащей модификации. Известны четыре типа модифицированных триглицеридов. Для трёх соединений свободнорадикальная полимеризация может протекать через введенные двойные связи. Для четвертого соединения введенная эпоксидная группа может подвергаться полимеризации с раскрытием цикла или конденсационной полимеризации. Были проведены интенсивные исследования по синтезу полимеров на биологической основе с использованием модифицированных растительных масел. Из соединения первых типов синтезировали термореактивную смолу путем свободнорадикальной полимеризации или сополимеризации с реактивными разбавителями, такими как стирол.

Полученная смола проявляла механические свойства, аналогичные свойствам коммерческих полиэфирных и винилэфирных смол. Эпоксидированное растительное масло широко использовалось для нанесения покрытий, чернил и в качестве основного состава нескольких смол. Другой важной модификацией растительных масел является превращение триглицерида в моноглицерид или диглицерид посредством реакции глицеролиза. Реакцию превращения можно проводить путем нагревания триглицеридов и глицерина при 220-230 °C с Ca(OH)2 в качестве катализатора, и полученный продукт смеси (содержащий диглицерид и моноглицерид) подвергали взаимодействию с метакриловым ангидридом или малеиновым ангидридом с получением другого триглицерида. С помощью этого метода было синтезировано несколько ненасыщенных полиэфиров на основе растительных масел с температурами плавления в диапазоне 60-70 °C. С другой стороны, с использованием моноглицеридов и диглицеридов, полученных из растительных масел, были синтезированы некоторые полиуретаны на биологической основе с превосходными химическими и физическими свойствами, включая повышенную термическую стабильность. Кроме того, полиолы на водной основе и гибридный латекс полиуретан / акрил были изготовлены из полиолов на основе соевого масла.