技術(shù)前沿丨寧波材料所在本征熵彈性調(diào)控制備生物可降解熱塑性聚酯彈性體方面取得進(jìn)展

葉丹

經(jīng)理

廣州慧正智聯(lián)科技有限公司

墻面漆工業(yè)涂料中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)與寧波材料所前沿交叉科學(xué)研究中心胡本林研究員課題組合作，提出“解鎖本征熵彈性”策略構(gòu)建新型生物可降解熱塑性彈性體PECS關(guān)鍵字：塑料彈性體

熱塑性聚酯彈性體是一類既具備橡膠的高彈性，又擁有塑料的熱塑加工性的新型高分子材料。在我國(guó)"雙碳"戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，該領(lǐng)域正聚焦原料綠色化與產(chǎn)物可降解轉(zhuǎn)型升級(jí)。以石油基芳香聚酯和聚醚構(gòu)建的傳統(tǒng)熱塑性聚酯彈性體原料不可持續(xù)且產(chǎn)物不可降解，實(shí)現(xiàn)兼具高彈性、熱塑性和生物可降解性三重性能仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高性能熱塑性聚酯彈性體的設(shè)計(jì)制備研究，前期基于2,5-呋喃二甲酸（Macromolecules, 2025, DOI: 10.1021/acs.macromol.5c01114; European Polymer Journal, 2023, 198, 112385; Polymer Degradation and Stability, 2023, 210, 110292）、2,5-噻吩二甲酸（Chemical Engineering Journal, 2025, 510, 161856），月桂二酸（Journal Materials Chemistry B, 2025, 13, 1731）等生物基單體，替代或部分替代石油基對(duì)苯二甲酸，設(shè)計(jì)制備了多種性能媲美石油基產(chǎn)品的新型生物基高性能熱塑性聚酯彈性體，在原料綠色化方面取得系列進(jìn)展。然而，受限于傳統(tǒng)的聚酯-聚醚結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)物依賴高結(jié)晶聚酯硬段提供物理交聯(lián)點(diǎn)，非晶聚醚軟段作為可逆網(wǎng)絡(luò)提供“外源熵彈性”，無法實(shí)現(xiàn)生物可降解。

近期，該團(tuán)隊(duì)與寧波材料所前沿交叉科學(xué)研究中心胡本林研究員課題組合作，提出“解鎖本征熵彈性”策略構(gòu)建新型生物可降解熱塑性彈性體PECS（圖1）。結(jié)果顯示，PECS彈性回復(fù)率高達(dá)90%、斷裂韌性高達(dá)343.59 MJ/m3，12000次循環(huán)拉伸永久形變僅15%（圖2），展示了優(yōu)異的彈性和耐疲勞性能。PECS還具備優(yōu)異的生物相容性和生物降解性能，在堆肥條件下180天生物降解率接近90%（圖3）。本研究構(gòu)建了由同一分子鏈同時(shí)充當(dāng)物理交聯(lián)點(diǎn)和可逆網(wǎng)絡(luò)的新型共聚酯材料，實(shí)現(xiàn)了高彈性、熱塑性和生物可降解性三重性能的統(tǒng)一，為設(shè)計(jì)制備具有優(yōu)異可降解性能的熱塑性聚酯彈性體提供了新思路。這種生物相容的可降解熱塑性彈性體可用作結(jié)構(gòu)材料，也在可穿戴可植入電子器件等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)工作正在進(jìn)行中。

該研究成果以“Biodegradable thermoplastic elastomers achieved by unchaining intrinsic entropic elasticity”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI:10.1002/adfm.202515241）。寧波材料所碩士畢業(yè)生陳曹宏為文章第一作者，助理研究員王林萍為共同第一作者，劉斐研究員、王靜剛教授級(jí)高工和胡本林研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFB3700300）、國(guó)家自然科學(xué)基金（22475226、52473104）、浙江省自然科學(xué)基金（LR24E030003）和浙江省重點(diǎn)科研項(xiàng)目（2023C01101）的資助。