米乐m6中国官方网站 由生物可降解材料制成的两亲性聚合物的开发

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、催化剂化学跨学科研究中心、官能团转换小组、研究小组组长吉田胜（兼研究中心副主任）、AIST特别研究员小野秀明等人开发了一种由可生物降解骨架组成的新结构两亲性我们开发了一种聚合物材料。

本次开发的两亲性高分子材料是聚酯，已知可生物降解[聚(丁二酸丁二醇酯) (PBS)] 和聚酰胺 [聚(2-吡咯烷酮)（PA4 或尼龙 4）]是基本骨架。通过制备具有不同端基的PBS和PA4并将它们缩合，得到所需的PBS（聚酯）-PA4（聚酰胺）二嵌段共聚物（PBS-b-PA4)。 PBS-b-PA4表现出源自两亲特性的典型特性，例如胶束形成和在氯仿-水溶液中的乳化。迄今为止，还没有关于通过聚酯和聚酰胺的组合开发出两亲性的报道，而使用可生物降解材料开发出两亲性这一事实作为将导致实际应用的成就值得关注。因此，作为可生物降解的两亲性聚合物材料，可以期待新的应用。具体来说，药物输送系统，用于表面活性剂和不同聚合物的混合物增容剂，因此具有适合于难以回收和处置的应用的优点。该技术的详细信息将于 2021 年 12 月 21 日公布。欧洲聚合物杂志''》杂志。

塑料作为一种方便的材料广泛应用于我们的生活中，但由于它在自然界中不易分解，它正在造成全球环境问题。另一方面，现代社会很难消除塑料，人们对可生物降解塑料的期望越来越高。因此，需要开发性能等同于或优于传统塑料材料的可生物降解塑料。

为了提高生物降解塑料的性能，目前正在研究将多种不同性能的生物降解塑料材料组合起来。然而，由于使用捏合等常用方法难以均匀混合彼此不相容的多种塑料材料，因此正在开发添加剂以使这些材料相容。

AIST一直在开发聚丁二酸丁二醇酯（PBS）树脂和聚2-吡咯烷酮（PA4）树脂共混的复合材料，其目的是“开发基于聚酰胺的新型海洋可生物降解材料”。通过创建一种将易于成型的PBS和机械强度优异但成型加工性存在问题的PA4共混的复合材料，其目的是使用它作为一种可生物降解的复合材料，其机械性能和加工性能可以根据应用进行调整。然而，使用捏合等常用方法很难均匀地混合这两种类型的树脂。作为获得均质复合材料的一种方法，添加两亲性聚合物作为增容剂的方法早已为人所知。两亲性聚合物在每个分子内都具有可与作为原材料的相应树脂混溶的位点，从而降低树脂之间的界面自由能并充当分散和稳定树脂的增容剂（图1）。传统上，由于缺乏能够溶解各聚合物的溶剂以及聚酯在聚酰胺聚合条件下分解的事实，由聚酯和聚酰胺组成的二嵌段共聚物的合成一直很困难。因此，实际获得由聚酯和聚酰胺组成的二嵌段共聚物的报道实例很少。在这项研究中，我们合成了每个末端精确控制的聚酯和聚酰胺，并将它们在加盐溶剂中缩合以合成二嵌段共聚物。此外，我们阐明了所得二嵌段共聚物作为增容剂所需的两亲性质。

这项研究和开发是在国家研究开发机构新能源和产业技术综合开发机构 (NEDO) 的支持下，根据合同“能源与环境新技术领先研究计划项目：基于聚酰胺的新型海洋可生物降解材料的开发（2019-2021）”进行的。

(1)PBS-b-PA4的合成和结构评估

PBS-b-PA4，我们首先制备了两个具有明确末端官能团的基本单元。即氨基封端的PBS(NH₂-PBS)，分两步合成羧基末端PA4(COOH-PA4)，并通过酰胺化反应将这两个单元连接起来。事实上，得到的NH₂-PBS-b-PA4首次制备成功（图2）。¹核磁共振氢谱结构分析获得b-PA4 具有所需的化学组成。另外，PBS-b-PA4的分子量与各前体的分子量之和非常一致。由上述NMR和分子量测定结果可知，PBS-b-PA4作为具有所需结构的二嵌段共聚物。

(2)PBS-b-PA4的两亲性评价

在本研究中，使用溶解 PBS 但不溶解 PA4 的氯仿作为聚酯层，而将溶解 PA4 但不溶解 PBS 的水性溶剂视为聚酰胺层，并将这些溶剂体系中的 PBS-b-PA4的两亲性，我们间接评估了PBS和PA4树脂之间的两亲性。

已知两亲性化合物在合适的溶剂中由于分子内极性相互作用而自组装形成胶束，并通过吸附到溶液界面并将两种不相容的液体稳定在分散状态而具有乳化作用。事实上，PBS-b-PA4在与PBS相容的氯仿中于室温下搅拌时，获得无色透明的溶液。然而，动态光散射测量和廷德尔现象观察证实，该溶液含有分散中心直径为 43 和 234 nm 的胶体颗粒。另外，这个解决方案¹进行H-NMR测定时，仅观察到来自PBS的峰，未观察到来自PA4的峰(图3(a))。从此溶液中回收 PBS-b-与使用三氟乙酸的 PA4 样品类似，三氟乙酸可溶解 PBS 和 PA4¹H-NMR测量中，同时观察到两个嵌段的峰，证实上述PA4峰的消失不是由分解引起的(图3(b))。因此，根据这些结果，PBS-b-PA4在氯仿中假固化为PA4在内、PBS在外的胶束自聚集体。

此外，PBS-b-PA4的乳化效果基于两种液体乳液成立了。选择了两种类型的溶剂：与 PBS 兼容的氯仿和与 PA4 兼容的水性溶剂。氯仿和水不互溶，形成两相，下层为氯仿，上层为水。图 4 显示了这些双液系统中的前体 NH₂-PBS、COOH-PA4 和 PBS-b-这是添加PA4后振荡72小时后的外观照片。 NH₂-PBS和COOH-PA4的样品(a)和(b)没有表现出乳化性能，因为在振荡后的几分钟内相分离成两种液体。另一方面，PBS-b- 在添加PA4的样品(c)中，即使在72小时后，在上层中也观察到氯仿和水的稳定乳液。

因此，PBS-是聚酯和聚酰胺的二嵌段共聚物b-PA4在氯仿和水性溶剂之间表现出两亲性分子典型的胶束化和乳化等特性。从以上结果来看，PBS-b-PA4 预计会表现出 PBS 和 PA4 之间的两亲特性并充当增容剂。作为增容剂，PBS-b-PA4，有望创造出性能与传统塑料材料相当且可生物降解的新型复合材料。

从现在起，PBS-b-通过使用PA4作为相容剂，我们将继续研究创建PBS和PA4均匀混合的复合材料。另外，PBS-b-具有不同链长比的PBS，根据包括增容剂在内的各种应用来调节PA4的两亲性b-建立PA4的物理特性库。此外，我们将开发本研究中建立的聚酯-聚酰胺二嵌段共聚物的合成方法，并致力于创造可应用于由聚酯和聚酰胺制成的各种复合材料的新型增容剂。作为产业技术综合研究所跨学科项目的一部分，资源循环利用技术研究实验室将在考虑其作为相容剂的功能和各种应用的同时，对海洋等自然环境中的生物降解性进行评估。

已出版的杂志：欧洲聚合物杂志101016/jeurpolymj2021110961
论文标题：基于可生物降解的聚（丁二酸丁二醇酯）和聚（2-吡咯烷酮）的聚（酯）-嵌段-聚（酰胺）二嵌段共聚物的自组装和两亲行为
作者：小野秀明、南川博之、根本浩司和吉田胜

◆两亲性

一个分子中同时具有亲水部分（易与水相容）和疏水部分（与水难相容）。在这项研究中，PBS-b-表明PA4的聚酯部分(PBS)是疏水部分，聚酰胺部分(PA4)是亲水部分，在氯仿基和水基溶剂中表现出两亲性。[返回来源]

◆聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

PBS 是一种聚酯，如上面的化学式所示。众所周知，它像聚乳酸一样可生物降解。[返回来源]

◆聚(2-吡咯烷酮)（PA4或尼龙4）

PA4 是一种由上述化学式所示的聚酰胺。发酵食品等中含有的GABA(γ-氨基丁酸)脱水并缩合，得到连续的结构式。与尼龙6不同，它具有在环境中可生物降解的特性。[返回来源]

◆药物输送系统

将药物有效输送到体内所需位置的技术。它可以有效减少药物剂量和副作用。[返回来源]

◆增容剂

一种添加剂，用于均匀混合不混溶的树脂。[返回来源]

◆¹H-NMR（质子核磁共振）

一种用于化合物结构分析的分析方法。由于根据氢核所处的环境可以观察到各种信号，因此可以推断氢原子周围的化学键。[返回来源]

◆乳液

不混溶液体分散而不分离的状态。[返回来源]