本文由 K. S. Savitha, M. Senthil Kumar 和 R. L. Jagadish 合作完成，作者分别来自印度理工学院 Madras（Indian Institute of Technology Madras）化学系和印度曼迪亚 Sir M. Visvesvaraya 研究生中心（Sir M. Visvesvaraya Postgraduate Centre）高分子科学系。该研究发表于《Materials Advances》期刊，论文发表时间为2022年8月26日，DOI 为10.1039/d2ma00757f。
本文探讨的是一种新型路易斯酸性离子液体（Lewis Acidic Ionic Liquid, LAIL）作为催化剂体系用于合成高分子量聚丁二酸丁二醇酯（Polybutylene Succinate, PBS）的研究。聚丁二酸丁二醇酯被认为是石化基聚合物的潜在生物替代材料，具有环保性和生物降解性能。然而，PBS 的低热稳定性和高分子量的不足限制了其工业化应用。此外，其合成过程中催化剂的水解不稳定性以及高温敏感性成为实现高分子量 PBS 的主要障碍。本研究旨在解决上述问题，开发一种温和、高效且水解稳定的新型催化剂体系，并提升 PBS 的热稳定性。
本研究的整体实验流程包含以下步骤：
路易斯酸性离子液体催化剂的制备
研究结合了几种不同的离子液体体系进行实验筛选，重点测试由胆碱氯化物（choline chloride, ChCl）与金属盐（SnCl2 和 ZnCl2）合成的路易斯酸性离子液体。这些离子液体是基于已有文献中的方法进行制备的（例如 Abbott 等人的相关研究）。
催化剂催化效率的评估
研究设计了一系列实验对 ChCl-SnCl2 和其他传统催化剂（如钛丁醇盐（Ti(OBut)4）、氯化锌（ZnCl2）及钛异丙醇盐（Ti(OiPr)4））的催化性能进行比较。实验以 PBS 的分子量（Mn 和 Mw）以及热分解温度（Td）为关键评价指标，同时考察了不同催化剂在不同温度及金属卤化物比例下的表现。
催化剂水解稳定性的测试
通过在酯化反应前后分别添加催化剂，对催化剂的水解稳定性进行了详细分析。研究了不同催化剂体系对 PAC 聚合过程的影响，尤其是与传统钛基催化剂的性能对比。
最终 PBS 的性能测试与金属残留分析
对实验生产的 PBS 样品进行了热稳定性测试，并使用痕量金属分析法测定最终 PBS 聚合物中的金属催化剂残留量，以确认离子液体催化剂体系在最终聚合物中的潜在残留对性能的影响。
热稳定性的对比分析
测试了不同催化剂体系，包括 ChCl, BMIMCl（1-丁基-3-甲基咪唑氯化物）及其衍生的离子液体的热稳定性，验证催化剂自身在高温条件下的稳定性对其质量的潜在影响。
催化效率的结果
水解稳定性结果
ChCl-SnCl2 催化体系在酯化反应前后添加均未表现出显著的催化效率差异（Mn 和 Mw 变化较小），证明其具有出色的水解稳定性，而传统钛基催化剂在酯化反应前添加时催化活性明显下降。
金属催化剂残余量分析
在最终 PBS 聚合物中，离子液体催化剂系统的金属残余量显著低于传统 SnCl2 和 ZnCl2 催化剂。具体而言，ChCl-SnCl2 体系下聚合物的金属残余量仅为96 ppm，对应传统 Ti(OBut)4 催化剂的225 ppm，大幅改善了产物的聚合物纯净度和稳定性。
热稳定性测试结果
在 250°C 的条件下测试后，ChCl-SnCl2 的热降解率（0.94%）显著低于 BMIMCl 等离子液体；整体上，基于 ChCl 的离子液体显示出更好的热稳定性。
本研究开发了一种全新的路易斯酸性离子液体催化剂——ChCl-SnCl2，用于合成具有高分子量和高热稳定性的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。与传统钛基催化剂相比，该催化剂具有更高的催化效率、更好的水解稳定性以及对最终聚合物纯度和热稳定性的积极影响。研究表明，这种催化剂体系在 200°C 的温和温度下同样表现出出色的催化活性，进一步显示其在聚酯工业中潜在的广泛应用前景。
该研究为解决工业 PBS 材料在规模化生产中的催化剂水解不稳定性和高温敏感性问题提供了高效的解决方案。这不仅具有科学上的价值，为研究路易斯酸催化体系提供了新思路，同时其开发的催化体系可能对未来 PBS 和其他生物基聚酯的商业化生产具有重要参考价值，对于推动绿色化学和可持续发展意义重大。