寧波材料所在生物基噻吩二甲酸熱塑性聚酯彈性體研究方面取得進(jìn)展
熱塑性聚酯彈性體是一類兼具橡膠高彈性和塑料加工性的高分子材料，在智能機(jī)器人、可穿戴設(shè)備等前沿科技領(lǐng)域的類皮膚觸感、柔性傳感等方面展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景，是國家鼓勵發(fā)展的重點(diǎn)新材料之一。傳統(tǒng)熱塑性聚酯彈性體以石油基對苯二甲酸為原料制備，在我國“雙碳”戰(zhàn)略驅(qū)動下，該領(lǐng)域正聚焦原料綠色化轉(zhuǎn)型升級。
中國科學(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)致力于高性能生物基熱塑性聚酯彈性體設(shè)計(jì)制備研究，基于生物基芳香二甲酸原料，設(shè)計(jì)制備了多種新型高性能生物基熱塑性聚酯彈性體（ACS Sustainable Resource Management, 2024, 1, 1520; European Polymer Journal, 2023, 198, 112385; Polymer Degradation and Stability, 2023, 210, 110292; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, 10, 41, 13595; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6, 9893）。其中，2,5-噻吩二甲酸作為一類新型生物基芳香單體，可通過葡萄糖二酸或粘康酸合成，具有與2,5-呋喃二甲酸相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)。二者的區(qū)別在于五元芳香環(huán)中的雜原子類型不同（氧原子或硫原子）。相較于氧原子，硫原子的極性較低、半徑較大，因此噻吩環(huán)的橫軸不對稱性顯著減弱（羧基夾角148°），噻吩聚酯分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性提高，使其具有比呋喃聚酯更高的結(jié)晶能力。團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，由于特殊的奇偶效應(yīng)，2,5-噻吩二甲酸與1,3-丙二醇制備的聚2,5-噻吩二甲酸-1,3-丙二醇酯（PPThF）熔點(diǎn)可達(dá)190 ℃、結(jié)晶度接近45%（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2025, 13, 1775），熔點(diǎn)和結(jié)晶能力遠(yuǎn)高于其他噻吩基聚酯。
近期，團(tuán)隊(duì)采用PPThF作為硬段，結(jié)合聚四氫呋喃醚（PTMEG）軟段，構(gòu)建了新型高性能噻吩基聚酯彈性體PPThF-PTMEG（如圖1A）。具有高結(jié)晶能力的PPTh聚酯硬段可通過結(jié)晶作用誘導(dǎo)，與聚醚軟段形成有效的微相分離結(jié)構(gòu)（如圖1B），促進(jìn)聚酯硬段作為穩(wěn)定的物理交聯(lián)點(diǎn)，可在提供高韌性的同時，很好保留高熔點(diǎn)和高模量特性。通過調(diào)控PTMEG含量為60%，在獲得高韌性（斷裂伸長率760%）的同時，也保持了高熔點(diǎn)（164 ℃）和高模量（拉伸模量122 MPa）（如圖1C）。此外，該材料還展現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性和本征抗菌特性，為熱塑性聚酯彈性體功能化提供了新思路。
該研究成果以“Bio-based thermoplastic poly(ether-ester) elastomers from 2,5-thiophenedicarboxylic acid with high stiffness and elasticity”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal（DOI:10.1016/j.cej.2025.161856）。寧波材料所碩士畢業(yè)生楊濤為文章第一作者，劉斐研究員和王靜剛教授級高工為通訊作者。相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFB3700300）、浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2023C01101）、寧波市2025年重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2023Z154）、寧波市科創(chuàng)甬江2035項(xiàng)目（2024Z100）和浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目（2025KY222）的資助。
圖1 A.高性能噻吩基聚酯彈性體分子結(jié)構(gòu)；B.微相分離結(jié)構(gòu)；C.力學(xué)性能
（高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室? 劉斐）
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