Nat Rev Mater: 性能优越的生物基聚合物

雨辰

2021-10-12

具有独特化学功能的生物基化合物可以通过植物和其他非化石生物原料的选择性转化来获得，用于开发新聚合物以取代由化石碳原料生产的聚合物。尽管已经投入了大量努力来生产与石油化学相同并直接取代石油的生物基聚合物，但长期追求的目标是合成新的、可持续的、生物基聚合物，这些聚合物在功能上取代或表现出相对于现有聚合物的性能优势。由于人为气候变化和全球塑料污染对环境的影响，实现生物基材料经济规模化的必要性至关重要。

有鉴于此，科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen教授和美国可再生能源实验室Gregg T. Beckham教授等人，描述了性能优越的生物基聚合物(PBPs)的概念，重点介绍了生物基原料固有的化学功能促进了优越性能的例子。关注带有C-O和C-N单元间化学键的PBPs，因为它们通常很容易从生物基原料中获得，而生物基原料相对于石油衍生原料而言富含杂原子。最后，我概述了促进PBP发展的指导原则和挑战。

本文要点

1）在许多情况下，生物基聚合物前驱体来自碳水化合物，常见的来源于生物质的原料包括淀粉、可溶性糖、细胞壁多糖、纤维素、半纤维素、果胶以及芳香族聚合物木质素，此外，还有一些植物体内的小分子像生物碱、萜类、酚类和脂肪酸等。另外，生物原料还包括几丁质等天然结构聚合物以及食物垃圾中存在的与植物细胞壁成分类似的多糖、蛋白质和油脂等。

2）生物衍生化合物的固有功能可以提高聚合物相对于目前的石油衍生材料的性能。但目前仍存在几个方面的挑战：（a）在单体组合和催化剂设计方面缩小组合设计空间；（b）识别具有潜在性能优势的分子，例如柚皮素在PBz形成过程中自动催化作用的能力；（c）确保所有必备的性能至少能够持续是一个巨大的挑战；（d）性能优势的耦合仍然是一个关键挑战。

参考文献：

Cywar, R.M., Rorrer, N.A., Hoyt, C.B. et al. Bio-based polymers with performance-advantaged properties. Nat Rev Mater (2021).

DOI: 10.1038/s41578-021-00363-3

https://doi.org/10.1038/s41578-021-00363-3