生物降解热塑性弹性体的嵌段聚合与性能研究

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是具有良好降解性能的白色半结晶聚合物。PBS分子主链结构中存在易水分解的酯基,在天然环境中会被水、空气、微生物等因素的影响而分解,最后生成CO₂和H₂O。

青岛科技大学的路启超以丁二酸和1,4-丁二醇合成结晶性的PBS硬段聚酯预聚物（HPE），以多种脂肪族二元酸、二元醇合成的高柔顺性软段聚酯预聚物（SPE），以六亚甲基二异氰酸酯（HDI）作扩链剂,嵌段聚合生物降解热塑性弹性体（BTPE）。试验结果显示，BTPE具有优良的机械性能和可降解性。

具体研究工作如下：1.软段、硬段聚酯预聚物的合成与性能测试。以1,4-丁二醇和丁二醇为原料,通过酯化缩聚反应制备HPE；以丁二酸、己二酸、癸二酸、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇为原料,通过酯化缩聚反应合成SPE；通过调节反应单体比例，设计、制备出一系列分子量不同的结晶性HPE和高柔顺性SPE。傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）、核磁共振氢谱仪（~1H-NMR）、偏光显微镜（POM）、广角X射线衍射仪（WXRD）等分析结果表明：HPE是具有较强结晶性能的羟基封端PBS聚酯预聚物,适用于BTPE的硬段结构，而常温下SPE为粘流状态，不具有任何晶体性质，适用于BTPE的软段结构。2.BTPE的合成与性能研究。采用六亚甲基二异氰酸酯（HDI）为扩链剂，采用熔融扩链方法，将HPE和SPE嵌合在一起制得BTPE。对BTPE的结晶性能与机械性能进行研究。结果显示：BTPE的结晶性能随HPE含量的增大或分子量的增加而得到改善,其晶体形态变得更清楚，但随SPE分子量的降低，结晶性能呈现出先降低后增大的趋势，拉伸强度在1.4～45.9 MPa，断裂伸长率在115%～1559%，100%弹性回复率在65.1%～95.7%之间，且AFM研究了BTPE的微观形貌,确定BTPE为“海-岛”两相结构。3.BTPE的生物降解特性。在1 mg/mL的脂肪酶中降解后8天，BTPE的质量损失率在35%～89%之间，其质量损失率与BTPE的结晶性能呈反比，且降解过程中会引起降解环境的pH值下降；BTPE在碱性条件下降解速率最快；在pH=6.86的磷酸盐缓冲溶液中降解30天后，BTPE的质量损失率率在1.55%～6.26%之间，其降解规律与其吸水性有关；BTPE的吸水率与扩链剂添加量、HPE的含量呈正比，与HPE的分子量呈反比，随SPE分子量的降低，BTPE的吸水率先降低后增加。