可降解聚酯彈性體具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，其中的酯鍵可在體內(nèi)水解或酶解，近年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。由生物基薄荷內(nèi)酯單體開環(huán)聚合制備的聚薄荷內(nèi)酯是制備可降解聚酯彈性體的優(yōu)良軟段，可與人體軟組織的模量相匹配，因此研究基于聚薄荷內(nèi)酯的聚酯彈性體的合成及其性能對(duì)可降解生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展具有重要意義。
基于上述背景，青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院李志波教授課題組采用課題組自主研發(fā)的環(huán)三聚磷腈堿(CTPB)作為有機(jī)催化劑(圖1)，以生物來源的薄荷醇衍生的薄荷內(nèi)酯為單體，成功合成出具有不同分子量(8.2~100.7 kDa)的聚薄荷內(nèi)酯(圖2)，并通過CTPB/脲二元催化體系的引入，使聚合反應(yīng)更加可控(圖3)。
圖1. CTPB催化薄荷內(nèi)酯開環(huán)聚合反應(yīng)
圖2. 不同分子量聚薄荷內(nèi)酯樣品GPC曲線
該工作使用CTPB/脲二元催化體系，以甘油為引發(fā)劑，合成了結(jié)構(gòu)明確的星形端羥基聚薄荷內(nèi)酯，并采用丙烯酸酯進(jìn)行封端。在不加熱且無其它外界刺激的條件下，丙烯酸酯封端的星型前體聚合物可在紫外光照射下形成化學(xué)交聯(lián)的聚酯彈性體(圖3)。
圖3. 紫外固化聚薄荷內(nèi)酯基交聯(lián)彈性體的制備
所得聚酯彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與前體聚合物相比稍有下降(圖4)，表現(xiàn)出與前體聚合物相似的熱穩(wěn)定性(圖5)，且具有與軟組織相匹配的模量(3.8~5.5 MPa)、抗拉強(qiáng)度(0.56~0.68 MPa)和斷裂應(yīng)變(280%~320%)。
圖4. 不同星型聚薄荷內(nèi)酯樣品及彈性體(CE30和CE90)的DSC曲線
圖5. 聚薄荷內(nèi)酯彈性體(CE30和CE90)及其前體聚合物的熱重曲線
趙娜博士是該論文的第一作者，李志波教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 21704048)、國(guó)家外專局創(chuàng)新引智計(jì)劃(No. D17004)和“泰山學(xué)者”建設(shè)工程(No. tsqn20161031)的資助。該論文即將發(fā)表于Chinese Journal of Polymer Science 2020年“Bio-based Polymers”專輯。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s10118-020-2415-9
