“开关催化剂”一锅法制备聚醚-聚酯嵌段共聚物

来源：高分子科学前沿

含氧嵌段多元醇是一种常见的工业原料，广泛用于制造各种高聚物，如聚氨酯和聚酰胺等，以生产润滑油、密封剂、涂料、粘合剂以及能源储存、个人护理等多方面的产品。其大致可分为三类，聚酯多元醇（简称聚酯），聚醚多元醇（简称聚醚）以及聚碳酸酯多元醇（简称聚碳酸酯）。

聚醚通常由环氧化合物开环聚合而成，聚酯大多通过二酸和二醇的缩合聚合而成，而后者常缺乏可控性，使其应用受到一定限制。为了使合成变得更可控，合成得到的多元醇结构更稳定，增加其使用场景，制备聚醚和聚酯的嵌段共聚物得到了研究者们的青睐。为了制备该种嵌段共聚物，研究者们使用环氧化物和酸酐，在催化剂作用下进行开环共聚，可以获得较为可控的聚醚聚酯嵌段共聚物。其优点是可以利用广泛的商业原料，而缺点则是在催化作用下，连续的环氧开环反应中仍会随机添插入醚键，破坏嵌段共聚物的结构规整性，使其性能提升受限。

牛津大学Charlotte K. Williams教授团队曾报道了一种“开关催化剂”，以得到结构可控的聚醚聚酯嵌段共聚物。近日，Williams教授团队又发现了Cr（III）以及Al（III）催化体系也具有类似的作用，并得到了一系列结构可控的嵌段共聚物。相关研究以“Easy access to oxygenated block polymers via switchable catalysis”为题，发表在《Nature》子刊《Nature Communications》上。这一发现让聚醚聚酯嵌段共聚物结构设计拥有了更多的可能性，进一步拓展了其应用前景。

该可控的嵌段共聚的主要反应式子及反应的机理如图1及图2所示（以Cr（III）作为说明）。

图1 使用Cr（III）系列催化剂的环氧化合物和酸酐的可控嵌段开环聚合反应式

图2 Cr（III）系列催化剂催化环氧化合物和酸酐进行可控嵌段开环共聚的机理。动力学数据表明酸酐开环速率快，催化剂形成羧酸铬中间体，该中间体与丙烯氧化物反应生成铬烷氧基，两者持续反应直至酸酐消耗完毕。之后环氧化合物继续进行开环聚合，最终得到结构规整的三嵌段共聚物。

随后测试了一系列环氧化合物、酸酐及链转移剂，并得到了结构可控的聚醚聚酯嵌段共聚物制备的一些建议如图3所示。

图3 可转换催化得到结构可控聚醚聚酯嵌段共聚物的几点建议

该文章向我们展示了一种多用途的、简单易行的一锅法合成结构可控的聚醚聚酯嵌段共聚物的方法，往后可以设计结构复杂但可控的嵌段多元醇，以适应更大范围的应用。该法为后续制备以及大规模的生产提供了思路。

全文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10481-w