专栏名称: 高分子科技
高分子科技®做为全球高分子产业门户及创新平台“中国聚合物网www.polymer.cn”的新锐媒体,实时报道高分子科学前沿动态,关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案,促进产学研及市场一体化合作的共同发展。
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  高分子科技

扬州大学吴德峰教授团队 Biomacromolecules:聚(己内酯-苹果酸)热固性树脂的网络结构调控

高分子科技  · 公众号  · 化学  · 2025-03-17 12:07

正文

点击上方 蓝字 一键订阅


脂肪族聚酯如聚乳酸、聚己内酯、聚丁二酸丁二酯等因良好的生物可降解和生物相容性在生物医疗领域备受关注。大量的研究工作聚焦于共聚 / 共混 / 填充 改性,以拓展这一类热塑性聚酯材料的应用场景,或满足不同植入器件的需求,鲜有从热固性树脂的角度对这一类聚酯材料进行结构设计以拓宽宏观性能和力学状态的边界。 扬州大学的 吴德峰教授团队 在基于天然果酸的热固性聚酯 研究的基础上( Polymer 2021, 221, 123628, J. Mater. Chem. A 2020, 8, 17193, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 1672 ),将生物质来源的 多元酸 / 醇与 聚乳酸、聚己内酯等进行酯交换,不仅丰富了可降解聚酯材料的结构设计方法,还赋予了体系刺激响应的能力( Macromolecules , 2021, 54, 5694 )。这一类热固性聚酯中具有多层次的网络结构,因此锚定网络的形态与结构对于宏观性能的设计至关重要。基于此, 吴德峰教授团队设计了一个模板体系:采用苹果酸寡聚物作为交联剂,不同臂长的多臂聚己内酯作为网络主体结构单元,制备了一系列不同网格间距的共聚酯,随后通过材料热、力学性能的研究,建立了网络结构 - 力学状态的关系,为热固性可生物降解聚酯材料力学状态的精准调控提供了一种有效的策略。

三臂聚己内酯三醇的端基为羟基,可与苹果酸寡聚物分子链 上的羧基发生酯化,真空 脱水会 加快反应的进程,但反应后期,交联体系的凝胶化会导致反应体系粘度剧增,不利于控制交联度。因此采用两步法, 凝胶化之前预交联,常压状态进一步固化来制备交联密度 V e )和交联点间分子量( M c 可控的聚(己内酯-苹果酸)热固性聚酯材料。体系中有两种特征网络结构:酯键交联的共价网络以及柔性聚己内酯分子链的物理结晶网络 1 ,两者同时依赖于三臂聚己内酯臂长和交联工艺(固化时长以及醇酸比)

1. ( 己内酯 - 苹果酸 ) 热固性聚酯的制备工艺和网络结构


三臂聚己内酯臂长增加,酯交换反应活性下降, V e 下降, M c 增加,共价网络柔性增强。但体系的力学强度却随 臂长增加二增加,这归因于体系的结晶度急剧增加。因此,热固性树脂中,化学交联网络与物理交联网络相互竞争,通过调控三臂聚己内酯臂长,以及两组分的醇酸比,可以调控聚(己内酯-苹果酸)热固 性聚酯的破坏强度从 2MPa 2 0 MPa ,断裂伸长率从 1 00% 1 500% 的变化,也可在 3 0 o C~60 o C 的范围内以及 -15 o C~30 o C 的范围内( 2 )分别调控熔点和结晶温度。


2. 三臂 聚己内酯臂长对热固性聚酯热、力学性能的影响


更有趣的是,聚(己内酯-苹果酸)热固性聚酯室温下的力学状态随 V e 的逐渐下降( M c 增加), 呈现出从软而弱的凝胶材料到弹性体,再到强而韧的塑料的转变( 3 ):高 V e 的情况下,体系完全无定形;随 V e 下降,结晶度逐渐提升,体系的高弹性和塑性依次体现。这种力学状态的调控能极大拓宽生物可降解聚酯的应用领域。虽然室温下弹性体呈现的窗口较窄,但由于熔点可在 3 0 o C~60 o C 的范围内调控,因此改变温度可以拓宽弹性体的窗口。


3. 三臂 聚己内酯臂长对热固性聚酯力学状态和特征网络结构的影响


由于 聚(己内酯-苹果酸)热固性聚酯 中具有双重特征网络: 酯键交联的共价网络以及 聚己内酯分子链的物理结晶网络,且结晶网络可在友好的温度范围内破坏( 3 0 o C~60 o C )和重构( -15 o C~30 o






请到「今天看啥」查看全文