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  陽離子聚合物是結構中含有陽離子基團的一類聚合物材料，通常材料結構上具備可接受質子的氮原子，其陽離子結構使聚合物可用于抗菌或基因/藥物的載體，因此陽離子聚合物在生物醫(yī)學領域有廣闊的應用前景，尤其是合成主鏈可以降解的陽離子聚合物。例如，將帶有氨基側基的六元/七元內(nèi)酯單體通過開環(huán)聚合（ROP）可以制備出相應的聚酯和陽離子聚合物，或者制備不同的氮雜環(huán)內(nèi)酯，然后內(nèi)酯經(jīng)歷ROP制備出相應的聚氨基酯（PAE）和陽離子聚酯材料，具有重要的科學意義。

  以生物基高分子為原料通過升級回收制備功能材料是一種有吸引力的策略。這種策略不僅可以高值利用生物基高分子，而且延續(xù)了材料的生命周期。聚-3-羥基丁酸酯（P3HB）是聚羥基脂肪酸酯（PHAs）家族中最為重要的生物基可降解聚酯材料，被廣泛應用于多種領域；然而P3HB的化學回收僅限于通過熱解和溶劑解得到低價值的化合物，從而使得這種高成本的聚酯材料的潛在價值沒有被充分利用。在之前工作中，該課題組實現(xiàn)了P3HB向聚醚酯材料的升級回收，成功實現(xiàn)廢棄P3HB的升級循環(huán)（ACS Sustain. Chem. Eng. 2022, 10, 8228-8238.）。在本工作中，作者又將P3HB轉化為可降解PAE和相應的陽離子聚合物。 

  作者首先通過氧化鎂催化的P3HB熱解得到高純度的巴豆酸，然后經(jīng)過與乙醇胺邁克爾加成、氨基保護和縮合成環(huán)合成了七元氮雜環(huán)內(nèi)酯（MeOxP_Boc），整個升級轉化的過程簡單且高效，避免了復雜的柱層析純化操作。然后以辛酸亞錫為催化劑、芐醇為引發(fā)劑，實現(xiàn)了MeOxP_Boc的ROP，并證明聚合過程為一級動力學行為，得到的PAE分子量可控且分子量分布較窄。通過調控不同的投料比可以制備出不同分子量的PAE，同時證明其為端基明確的線性結構。 

  熱力學實驗研究表明這種氮雜環(huán)內(nèi)酯的溶液ROP呈現(xiàn)可逆聚合特征，由范特沃夫方程得到了單體聚合的焓變和熵變，分別為-29.9 kJ mol^-1和-55.0 J mol^-1 K^-1，并計算出25 °C下的聚合吉布斯自由能為-13.5 kJ mol^-1和1.0 M初始單體濃度下的聚合上限溫度為271 °C。在稀溶液中，聚合物可在辛酸亞錫的催化下解聚為MeOxP_Boc單體；或以氯化鋅為催化劑，在本體條件也可實現(xiàn)單體的回收。回收后的MeOxP_Boc單體經(jīng)簡單純化后可重新聚合，分子量與初始單體聚合所得的聚氨基酯相同，成功構建了此類聚酯材料的循環(huán)生命周期。 

  最后，作者通過將保護基脫除使氨基完全裸露，成功制備陽離子聚合物。這種陽離子聚合物呈現(xiàn)出良好的水溶性，通過標準酸堿滴定實驗，確定了此陽離子聚合物的pKa（5.03），其功能性和潛在應用（自組裝、抗菌性等）正在被研究。 

  該工作成功實現(xiàn)了P3HB向功能性聚酯的升級轉換，為廢棄聚合物材料的升級回收提供了一種新策略。該工作以研究論文的形式在線發(fā)表于Macromolecules。青島科技大學高分子學院博士研究生李崢為論文第一作者，泰山學者青年專家沈勇博士和李志波教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金，山東省泰山學者人才工程以及國家重點研發(fā)計劃項目的資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.2c01548