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中科院寧波材料所在高阻隔生物可降解聚酯材料領域取得系列進展

2019-03-14  來自: 佰信(福建)新材料科技有限公司 瀏覽次數:256

1.通過引入短鏈二元脂肪酸實現高阻隔可降解材料的制備


高分子材料較高的鏈段剛性以及較小的自由體積是確保其具有優異阻隔性能的結構基礎。研究人員利用丁二酸(DMS)、丙二醇(PDO)以及呋喃二甲酸(FDCA)制備了具有潛在紡絲、包裝等用途的共聚酯PPSF,其CO2O2阻隔性能分別達到PBAT10倍及20倍以上(European Polymer Journal 2018, 102, 101-110.)。更進一步,團隊利用DMS\新戊二醇(NPG)以及FDCA制備了綜合性能非常優異的共聚酯PNSF。這種共聚酯具有非常有趣的性質,即在很寬的組成范圍內,其阻隔性能基本維持不變,這種性質也被稱為智能阻隔性(Smart Barrier Property),如圖1aACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019, 7, (4), 4255-4265.)。本團隊把二氧化碳來源的碳酸二甲酯(DMC)、丁二醇(BDO)、FDCA進行共聚,得到了降解性能良好且相結構均一的共聚物PBCF,如圖1b。這種共聚物的特點是其機械性能可以通過熱處理,在一個較大范圍內進行調節,如圖1cACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018, 6, (6), 7488-7498.)。此外,利用環己二甲酸(CHDA)、BDO以及DMC合成了具有較強結晶能力和快速降解的PBCCE共聚酯(Polymer Chemistry 2019, DOI: 10.1039/C9PY00083F),拓展了生物可降解材料在組織工程領域的潛在應用。


泉州生物降解塑料

1 (a)PNSF共聚酯單體側鏈影響示意圖;(b)聚酯薄膜氣體阻隔示意圖;(c)PBCF共聚酯循環示意圖


2.通過引入羥基脂肪酸大幅提升芳香族聚酯的降解性能


聚乳酸(PLA)是近年來生物基、生物可降解領域研究比較熱門的綠色高分子材料。乳酸作為PLA的組成單元,可以在酶催化及水解條件下發生水解,實現聚合物鏈段的斷裂,最終實現材料降解。本團隊合成含有乳酸(LA)鏈段的可降解共聚酯PBFLA。并且發現這種共聚酯在乳酸含量超過20%即可發生明顯的水解行為。PBFLA共聚酯彈性模量超過1GPa,拉伸強度超過40MPa,斷裂伸長率超過230%,具有超過大多數降解材料的強度模量,45倍于聚乳酸的拉伸韌性,如圖2。此外,由于含有LA鏈段,這種共聚酯有望用于與PLA的共混,以制備綜合性能優異的共混合金。(Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, (32), 11020-11030.)。


泉州生物降解塑料

2 PBFLA共聚酯力學性能與常見可降解材料的對比


3.通過引入聚乙 二醇提升水解能力,有望用于海水降解材料


親水性聚乙 二醇(PEG)有助于提升共聚酯水解性能。本團隊通過系統調控PEG分子量、質量分數等方式,發現PEG質量分數在40%以上能發生明顯的中性水解行為,質量分數在20%以上發生堿性水解行為,并且發現共聚物的相分離狀態可以由PEG的分子量進行調控,如圖3European Polymer Journal 2018, 106, 42-52.)。制備的聚醚酯彈性體模量均可超過100MPa,拉伸強度超過30MPa,斷裂伸長率可達到500%以上,是一種力學性能優異的可降解聚醚酯彈性體材料。


泉州生物降解塑料

3 PBF-PEG的共聚物在PBS緩沖溶液中的降解過程:(a) 降解前的表面;(b) 降解5周后的表面;(c) 降解前的宏觀狀態;(d)降解后的宏觀狀態


以上工作得到了國家自然科學基金委(51773218),中科院青促會(2018338)以及科技部重 點研發計劃(2017YFB0303000)等項目的支持。此外,上海同步輻射光源16B線站的諸位老師在SAXS/WAXS的測試上也給予了很大的幫助。

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