天然催化剂驱动的甲基丙烯酸甲酯绿色聚合与环氧丙烷共聚物创新合成

本研究针对传统聚合工艺环境危害大、催化剂毒性高的问题，开发了基于天然黏土催化剂（Maghnite-Na+/H+）的绿色聚合体系。通过阴离子聚合获得分子量52,400 g/mol、分散度1.4的PMMA，并首次实现环氧丙烷（PO）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）的阳离子共聚。采用FT-IR、NMR、GPC等多维表征验证结构，为生物相容性高分子材料开发提供新策略。

　　

高分子材料的绿色合成是当前化学工业可持续发展的核心挑战。传统聚合反应常需贵金属催化剂或有机锡化合物，不仅成本高昂，残留重金属更对生态环境构成长期威胁。甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为丙烯酸类塑料的单体，全球年产量超400万吨，其聚合工艺的绿色化改造意义重大。与此同时，环氧丙烷（PO）作为环氧化合物代表，与烯烃单体的共聚能赋予材料特殊性能，但现有催化体系存在选择性差、副反应多等瓶颈。

针对上述问题，研究人员创新性地采用阿尔及利亚蒙脱土（Maghnite）这一天然层状硅酸盐为载体，通过钠离子（Na⁺）和质子酸（H⁺）改性分别构建阴/阳离子催化体系。在《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》发表的研究中，团队系统考察了催化剂比例、反应时间等参数对聚合性能的影响。

研究采用核磁共振波谱（¹H-NMR、¹³C-NMR）解析产物结构，通过凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量分布，结合差示扫描量热法（DSC）分析热力学性能。特别值得注意的是，团队利用硫酸改性蒙脱土（0.25 M H₂SO₄）作为质子源，解决了传统阳离子聚合需强路易斯酸的难题。

【MMA均聚反应优化】
当Maghnite-Na⁺添加量为单体质量的10%、反应时间8小时时，PMMA产率达65%，数均分子量（M_n）达52,400 g/mol，且分子量分布（I_p）仅为1.4，表明催化剂具有优异的链增长控制能力。红外光谱在1730 cm^-1处特征峰证实酯基完整保留。

【PO-MMA共聚创新】
采用Maghnite-H⁺在20°C本体聚合条件下，首次实现PO与MMA的序列可控共聚。DSC显示共聚物玻璃化转变温度（T_g）介于均聚物之间，证明成功构建无规共聚结构。¹³C-NMR中化学位移δ 75 ppm处新峰对应PO单元中的叔碳原子，为共聚结构提供直接证据。

该研究开创性地将天然黏土催化剂应用于两种典型单体的聚合过程：阴离子体系实现MMA的高效可控聚合，阳离子体系突破环氧化物与烯烃单体共聚的技术壁垒。所开发的Maghnite催化剂兼具生物降解性和成本优势，其质子酸改性策略为绿色催化提供普适性方案。研究成果对发展环境友好型高分子合成工艺具有重要指导价值，特别在医用材料、食品包装等对生物相容性要求严格的领域展现出应用潜力。