日本產總研與理研開發生物質基底之機能性聚合物

 

刊登日期:2020/12/3
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日本產業技術總合研究所與理化學研究所以生物質做為原料,共同開發了新款機能性聚合物。研究團隊利用米糠、木質素中含有之鄰羥桂皮酸類(香豆酸(Coumaric Acid)、阿魏酸(Ferulic Acid)、芥子酸(Sinapic Acid)),以及蓖麻油的蓖蔴油酸(Ricinoleic Acid)等具有2種不同分子性質的縮合產物予以聚縮合(Plycondensation),分別合成出2種機能性分子呈現規則性交互排列的純粹共聚物(Copolymer)。隨著原料的組合變化,鄰羥桂皮酸(Hydroxycinnamic Acid)結構中的甲氧基(Methoxy)數量也會有所不同,進而形成機械物性或熱物理性質上的不同變化。

僅以蓖蔴油酸製成的聚合物(PRA)在室溫下為液狀,但新開發的共聚物為固體,可利用熱壓進行壓縮成型加工,形成的薄膜為無色透明狀,且可反覆彎折。具有香豆酸(P(CA-alt-RA))、阿魏酸(P(FA-alt-RA))、芥子酸(P(SA-alt-RA))部分構造之聚合物的拉伸強度分別為2.3 MPa、0.4 MPa、15.4 MPa;斷裂伸度則分別為37%、800%以上、585%。由此可知,香豆酸的抗拉應力弱,容易拉伸斷裂;阿魏酸的應力最小,但不易斷裂、有極佳拉伸性;芥子酸的應力最大且強韌,斷裂後仍能逐漸回復至原有形狀,具有形狀記憶性。

此外,玻璃轉移溫度(Tg)與聚合物結構中的甲氧基數量呈現關連性。P(CA-alt-RA)(1個)、P(FA-alt-RA)(2個)、P(SA-alt-RA)(3個)的玻璃轉移溫度分別為 –15℃、4℃、24℃,都比0個甲氧基的PRA(–73℃)來得高,且聚合物主鏈中含有的甲氧基數量一旦增加,玻璃轉移溫度呈現變高的傾向,藉此可望成為分子設計上的重要指針。

此外,將各聚合物予以熱分解動作評估之後發現,加熱之後,雖然各聚合物都在350℃左右分解約50%,但PRA在此溫度之後出現急速分解,在450℃左右完全分解,而P(CA-alt-RA)、P(FA-alt-RA)、P(SA-alt-RA)則是在500℃附近才達到完全分解,相較於PRA,新開發之聚合物的熱分解溫度都提高了。

利用新聚合物,可望開發出生物質基底之新橡膠材料、薄膜材料、透明材料等。今後研究團隊將針對生物降解性進行評估,並透過提供樣品的方式推動跨領域合作,期能藉此提高物性,達到實用化之目標。

資料來源:https://chemical-news.com/2020/10/27/%E7%94%A3%E7%B7%8F%E7%A0%94%E3%
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