【原】群马大学利用玉米芯，开发出方便的有机硅高分子

群马大学利用玉米芯，开发出方便的有机硅高分子

2023.05.09

　群马大学的研究小组宣布，从玉米芯等食物废弃的部分合成被称为“呋喃”的分子骨架，并利用此开发出了优良的有机硅高分子。 具有吸收紫外线、发出荧光的特性，也容易回收利用。 据说作为电子材料、涂层材料、陶瓷的基础物质有望得到有效利用。

研究成果总结。 从食物的废弃部分制作方便的有机硅高分子，再利用(橘熊野.群马大学副教授提供)

与用于塑料和纤维等的通用高分子材料不同，通过受热和光等而发挥特殊功能的“功能性高分子材料”被用于工业和医疗等多方面。 在其骨架中，多使用6个碳原子呈正六角形结合的苯环。 但是，苯环成为硅化合物被利用后，存在着难以切断与硅之间的键，难以回收利用的问题。 为了应对这一点，研究小组进行了将骨架的苯环更换为由食物的废弃部分制成的呋喃的研究。 呋喃是由4个碳原子和1个氧原子组成的2个结构“呋喃”连接而成的。 利用玉米芯和甘蔗渣等，合成呋喃。 以此为骨架制备硅化合物，再与其他化合物反应开发有机硅高分子。 该有机硅高分子所具有的紫外线吸收和荧光发光的性质，在苯环上是看不到的。 据说有望作为吸收紫外线的涂层材料、电子材料、陶瓷的一种碳化硅的前体等使用。 关于利用后，也首次提出了将呋喃和硅的结合断裂用于再利用。 呋喃可以再利用。 硅也成功地制成了广泛用于隐形眼镜、洗发水、硅油等的功能性材料“聚硅氧烷”。 研究小组的群马大学研究生院理工学府的橘熊野副教授(高分子化学)说:“开发了可以各种各样利用的生物量材料。 已知的反应也是在转换思路的基础上用于再利用。 他说:“我们想与研究者和企业探讨用途，加速实现社会的努力。” 成果于4月10日刊登在美国化学杂志《ACS macro letters》上。 研究得到了科学技术振兴机构( JST )未来社会创造事业的支持。 相关链接 群马大学等的新闻发布会“开发以食物废弃部位为原料的可回收利用性有机硅高分子”

《ACS macro letters》上刊登的题目是：

Recyclable Polycarbosilane from a Biomass-Derived Bifuran-Based Monomer

来自生物质衍生的双呋喃基单体的可回收聚碳硅烷

Abstract

Two of the most fundamental principles for the development of next-generation polymers are production from renewable biomass and well-designed recyclability. Bifuran derivatives represent promising building blocks for functional polymers on account of their high rigidity, strong interchain interactions, and extended π-conjugation. In this study, a polycarbosilane containing a bifuran-based repeat unit was prepared via the hydrosilylation of dihydrosilylbifuran and 1,5-hexadiene. The crystallinity and thermal properties of the bifuran-containing polycarbosilane were superior to those of a corresponding polycarbosilane containing a single-furan-based repeat unit and comparable to those of the benzene-based analogue due to the rigidity and interchain interactions of the poly(bifurancarbosilane) unit. The bifuran moiety in the repeat unit causes a red-shift and strong UV absorption of the polycarbosilane compared to that containing the single-furan-based and benzene-based repeat units. The bifuran moiety also renders the resulting polycarbosilane strongly fluorescent, while the polycarbosilanes containing the benzene-based and single-furan-ring-based repeat units did not emit fluorescence. These desirable photoproperties result from the extension of the σ–π conjugation in the repeat unit. Furthermore, the chemical recyclability is a unique and attractive property of the bifuran-based polycarbosilane; upon treatment with trifluoroacetic acid, bifuran can be regenerated as the monomer, while trifluoroacetate silane can be up-cycled to the corresponding polysiloxane. Thus, the bifuran motif endows polycarbosilane with improved thermal, optical, and recycling properties.

摘要

开发下一代聚合物的两个最基本原则是从可再生生物质中生产和精心设计的可回收性。双呋喃衍生物由于其高刚性、强链间相互作用和延长的π共轭而代表了功能聚合物的有前途的构件。在本研究中，通过二氢硅双呋喃和1，5-己二烯的硅氢化反应制备了含双呋喃重复单元的聚碳硅烷。由于聚(双呋喃碳硅烷)单元的刚性和链间相互作用，含双呋喃的聚碳硅烷的结晶度和热性能优于相应的含单呋喃基重复单元的聚碳硅烷，并与基于苯的类似物相当。与含有单呋喃基和苯基重复单元的聚碳硅烷相比，重复单元中的双呋喃部分导致聚碳硅烷的红移和强紫外吸收。双呋喃部分也使所得聚碳硅烷具有强荧光，而含有苯基和单呋喃环基重复单元的聚碳硅烷不发射荧光。这些理想的光性质来自重复单元中σ-π共轭的延伸。此外，化学可回收性是双呋喃基聚碳硅烷的独特和吸引人的性质；用三氟乙酸处理后，双呋喃可以再生为单体，而三氟乙酸酯硅烷可以环化为相应的聚硅氧烷。因此，双呋喃基序赋予聚碳硅烷改进的热、光学和回收性能。