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高耐热性生物聚酰亚胺像淀粉一样变得水溶性

这是有关源自生物资源的水溶性聚酰亚胺合成的首次报道,显示出水溶性聚合物中的高透明性,可调的机械强度和最高的耐热性。

水溶性聚合物在软材料的许多领域都引起了极大的兴趣。这些柔软的材料已广泛用于与水溶液有关的应用中,例如分散剂,聚集剂,增稠剂,保湿剂,粘合剂和水凝胶。随着全球对环境问题意识的增强,水溶性材料的重要性得到了强调,因此研究人员将其应用范围扩展到电子,功能涂料,高级粘合剂和生物医学材料。大多数天然聚合物(例如多糖,多肽或其衍生物)是水溶性的,而合成的水溶性聚合物(例如聚环氧乙烷,聚乙烯醇,聚丙烯酸酯,聚丙烯酰胺及其衍生物)也是可用的。然而,

另一方面,表现出超高热稳定性的聚合物例如聚酰亚胺具有差的溶解度。在文献中,由于刚性聚合物主链和坚固的链间相互作用,很少有有效的分子工程学策略设计具有水溶性特征的聚酰亚胺,从而限制了可加工性和聚合后的功能化。通过多功能单体在聚酰亚胺主链中诱导的精确分子工程学可能代表着开发具有超高热稳定性的水溶性聚合物的游戏规则改变特征。

在这里我们已经报道了一种新的二胺4,4'-二氨基四氢呋喃二酸的制备,它是生物衍生氨基酸4-氨基肉桂酸与一系列二酐的光二聚体。该文章表明,可以利用具有很高的热机械性能并带有未保护的羧酸基团的超级工程塑料来促进聚合物中的水溶性。用碱金属氢氧化物(或氢氧化铵)处理合成的生物聚酰亚胺,得到生物聚酰亚胺盐。将所得的生物聚酰亚胺盐溶解在水中以提供光学透明的溶液。一价阳离子与多价阳离子或质子之间的离子交换反应导致不溶性生物聚酰亚胺的形成。发现生物聚酰亚胺盐的降解温度保持非常高的温度(接近366°C),这比常规的水溶性聚合物要高得多。

此外,观察到生物聚酰亚胺盐自立膜表现出高透明性,并且有趣的趋势是金属离子的阳离子尺寸更大,从而产生更多的弹性膜。换句话说,阳离子尺寸的变化为精确调节拉伸性能提供了机会。合成的水溶性生物聚酰亚胺是柔软材料的诱人构建基块,可用于特殊应用,如药物输送,聚螯合剂等。遵循类似策略对聚脲和聚酰胺进行的初步研究也导致了水溶性特征的产生。表示此构建模块方法具有广泛的多功能性。

JAIST的Tatsuo Kaneko教授总结说:“我和Sumant Dwivedi博士开发了构思过程,然后带领非常努力的学生和研究人员进行了实验,以将这些出色的材料与合理的水性应用(如涂料,生物医学设备等)合成。”

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