二氧化碳基高分子材料

1.本书是国家出版基金项目“先进化工材料关键技术丛书”的分册之一，由业内知名专家王献红研究员主编。
2.本书以二氧化碳基高分子材料的催化体系、聚合物结构调控和性能发掘为轴，系统总结基础研究和应用研究的进展。
3.本书系统介绍了二氧化碳共聚物、二氧化碳基多元醇、水性二氧化碳基聚氨酯、二氧化碳基聚氨酯泡沫、热塑性二氧化碳基聚氨酯弹性体等二氧化碳基高分子材料的催化剂、结构、性能和应用。
4.本书凝结了作者团队在二氧化碳固定和利用领域二十余年的研究和应用经验，所涉及的研究内容为相关领域国际学术前沿的热点，可为相关研究人员提供新思路。

《二氧化碳基高分子材料》是“先进化工材料关键技术丛书”（第二批）的一个分册。本书基于作者团队二十余年的工作积累，以二氧化碳基高分子材料的催化体系、聚合物结构调控和性能发掘为轴，系统总结了基础研究和应用研究的进展。全书共分八章，包括绪论、二氧化碳共聚物的合成化学、二氧化碳基塑料的物理性能、二氧化碳共聚物的功能化、二氧化碳基多元醇、水性二氧化碳基聚氨酯、二氧化碳基聚氨酯泡沫、热塑性二氧化碳基聚氨酯弹性体等。本书所涉及的研究内容为相关领域国际学术前沿的热点，许多结果来自作者团队精雕细琢的工作，有望为二氧化碳基高分子材料的基础与应用研究提供一些新思路。本书适合化工材料、高分子材料领域，特别是对生物降解塑料和聚氨酯等领域感兴趣的研发人员阅读，也可供高等院校化学、化工、材料相关专业师生参考。

王献红，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，中国科学院生态环境高分子材料重点实验室主任。1988年毕业于上海交通大学，获学士学位，1993年毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获博士学位。自1998年开始二氧化碳基高分子的应用基础研究，领导项目组发明了稀土三元催化剂，解决了高分子量二氧化碳基塑料（PPC）的合成化学、聚合物结构调控问题，并发掘出PPC的气体阻隔性、耐水解性、热牺牲性等独特性能，在生物降解包装膜、农用地膜等领域实现了规模应用，使PPC的工业化在世界上从不可能变为可能。近5年又发明了非均相稀土掺杂多金属催化剂和均相高分子铝卟啉催化剂，实现了二氧化碳基多元醇（PPC-polyol，又称CO2-polyol）的高效合成，研制出高初粘力、耐高温湿热的二氧化碳基聚氨酯水性胶，全面应用于代表我国高铁环保化水平的“京张高铁”。发表学术论文300余篇，授权国家发明专利100余件。现担任《高分子学报》副主编，同时担任“Chinese Journal of Polymer Science”、“Journal of Renewable Materials”等杂志编委。2000年获中国化学会青年化学奖，2001年获吉林省五一劳动奖章，2002年获国家杰出青年基金，2010年成为国家自然科学基金委创新群体“生物降解高分子材料的基本科学问题”学术带头人，2016年入选国家百千万人才工程。

第一章绪论001

第一节聚合级二氧化碳的捕集与纯化002

一、聚合级二氧化碳的定义002

二、不同来源二氧化碳的捕集005

三、二氧化碳的纯化008

第二节二氧化碳的分子结构009

一、二氧化碳的原子轨道009

二、二氧化碳的分子轨道011

第三节二氧化碳的活化013

一、二氧化碳的配位方式013

二、含金属催化剂下的活化014

三、无金属催化剂下的活化018

总结与展望025

参考文献026

第二章二氧化碳共聚物的合成化学033

第一节二氧化碳的共聚反应034

一、二氧化碳直接参与的共聚反应034

二、二氧化碳间接参与的聚合反应044

三、二氧化碳共聚物的分子量控制049

第二节二氧化碳-环氧化物共聚催化体系050

一、非均相催化剂050

二、传统均相催化剂053

三、双功能催化剂057

四、双金属催化剂059

五、杂核双/多金属配合物催化体系061

六、高分子催化剂体系062

七、无金属催化剂067

第三节二氧化碳-环氧丙烷共聚物（PPC）的链结构控制070

一、PPC的分子量071

二、PPC的分子结构074

第四节二氧化碳-环氧环己烷共聚物（PCHC）079

一、催化体系080

二、PCHC的热学性能083

三、PCHC的力学性能086

总结与展望086

参考文献087

第三章二氧化碳基塑料的物理性能099

第一节二氧化碳基塑料的链结构与性能100

一、PPC分子量对其物理性能的影响101

二、PPC中碳酸酯单元含量对其物理性能的影响107

第二节二氧化碳基塑料的性能调控111

一、PPC的热学性能112

二、PPC的力学性能113

三、基于氢键相互作用的增韧和增强114

四、基于高分子物理共混的性能调控116

五、PPC薄膜的阻隔性能122

六、PPC薄膜的耐老化性能123

七、PPC薄膜的生物降解性能124

第三节基于二氧化碳基塑料的薄膜125

一、阻隔包装薄膜125

二、快递包装薄膜126

三、生物降解地膜128

第四节基于二氧化碳基塑料的牺牲型热熔胶133

一、PPC的熔体性能133

二、牺牲型PPC热熔胶134

第五节二氧化碳基塑料纤维135

一、PPC静电纺丝135

二、PPC纤维应用136

总结与展望137

参考文献138

第四章二氧化碳共聚物的功能化145

第一节二氧化碳共聚物的主链功能化146

一、二氧化碳与功能化单体的共聚146

二、二氧化碳共聚物参与构建的嵌段聚合物149

第二节二氧化碳共聚物的侧基功能化152

一、二氧化碳与含功能化侧基的环氧单体共聚152

二、二氧化碳共聚物侧基的后修饰155

三、二氧化碳共聚物的氯代反应158

第三节二氧化碳共聚物的特定位点功能化159

一、二氧化碳共聚物的端基功能化159

二、二氧化碳共聚物的链中功能化161

第四节不同拓扑结构的二氧化碳共聚物163

一、超支化二氧化碳共聚物164

二、其他拓扑结构的二氧化碳共聚物166

总结与展望167

参考文献168

第五章二氧化碳基多元醇173

第一节合成二氧化碳基多元醇的催化体系175

一、非均相催化剂175

二、均相催化剂184

三、均相催化剂的非均相化190

第二节合成二氧化碳基多元醇的链转移剂193

一、多元醇链转移剂193

二、多元酸链转移剂197

三、功能化链转移剂200

第三节二氧化碳基多元醇的端羟基202

一、二氧化碳基多元醇的羟值202

二、二氧化碳基多元醇的端羟基203

总结与展望206

参考文献207

第六章水性二氧化碳基聚氨酯213

第一节二氧化碳基聚氨酯的合成方法215

一、二氧化碳基聚氨酯的概念215

二、异氰酸酯路线聚氨酯215

三、非异氰酸酯路线聚氨酯222

四、二氧化碳基聚氨酯的物理性能224

第二节阴离子水性二氧化碳基聚氨酯230

一、溶剂法水性二氧化碳基聚氨酯的合成230

二、无溶剂法阴离子二氧化碳基聚氨酯的合成232

第三节阴离子水性二氧化碳基聚氨酯的应用235

一、水性胶黏剂235

二、水性涂料237

三、水性皮革浆料238

第四节阳离子水性二氧化碳基聚氨酯238

一、阳离子水性二氧化碳基聚氨酯的合成方法238

二、近中性阳离子水性二氧化碳基聚氨酯240

三、中性阳离子水性二氧化碳基聚氨酯242

第五节水性阳离子二氧化碳基聚氨酯的应用242

一、水性抗菌涂料242

二、水性阳离子胶黏剂243

总结与展望244

参考文献244

第七章二氧化碳基聚氨酯泡沫251

第一节聚氨酯泡沫的制备254

一、反应原理254

二、制备方法255

三、聚氨酯泡沫用主要原材料256

四、聚氨酯泡沫的结构257

第二节软质聚氨酯泡沫259

一、软质聚氨酯泡沫概述259

二、二氧化碳基聚氨酯软泡260

第三节硬质聚氨酯泡沫272

一、硬质聚氨酯泡沫概述272

二、大孔与微孔聚氨酯泡沫273

三、二氧化碳基聚氨酯硬泡274

第四节慢回弹聚氨酯泡沫279

总结与展望281

参考文献282

第八章热塑性二氧化碳基聚氨酯弹性体289

第一节热塑性聚氨酯弹性体（TPU）291

一、热塑性聚氨酯弹性体的结构293

二、热塑性聚氨酯弹性体的合成方法295

第二节热塑性二氧化碳基聚氨酯弹性体的合成与性能297

一、非晶结构二氧化碳基TPU的合成297

二、二氧化碳基TPU的结构控制299

三、二氧化碳基TPU的热力学性能304

第三节热塑性二氧化碳基聚氨酯弹性体的应用306

一、阻尼材料306

二、耐磨材料308

三、热熔胶309

四、密封材料310

五、耐油材料311

六、生物降解材料311

七、基于二氧化碳基聚氨酯的纤维材料313

总结与展望314

参考文献314

索引320