可降解聚酯彈性體具有良好的生物相容性和力學性能，其中的酯鍵可在體內水解或酶解，近年來在生物醫學領域得到了廣泛應用和快速發展。由生物基薄荷內酯單體開環聚合制備的聚薄荷內酯是制備可降解聚酯彈性體的優良軟段，可與人體軟組織的模量相匹配，因此研究基于聚薄荷內酯的聚酯彈性體的合成及其性能對可降解生物醫用高分子材料的發展具有重要意義。
基于上述背景，青島科技大學高分子科學與工程學院李志波教授課題組采用課題組自主研發的環三聚磷腈堿(CTPB)作為有機催化劑(圖1)，以生物來源的薄荷醇衍生的薄荷內酯為單體，成功合成出具有不同分子量(8.2~100.7 kDa)的聚薄荷內酯(圖2)，并通過CTPB/脲二元催化體系的引入，使聚合反應更加可控(圖3)。
圖1. CTPB催化薄荷內酯開環聚合反應
圖2. 不同分子量聚薄荷內酯樣品GPC曲線
該工作使用CTPB/脲二元催化體系，以甘油為引發劑，合成了結構明確的星形端羥基聚薄荷內酯，并采用丙烯酸酯進行封端。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交聯的聚酯彈性體(圖3)。
圖3. 紫外固化聚薄荷內酯基交聯彈性體的制備
所得聚酯彈性體的玻璃化轉變溫度與前體聚合物相比稍有下降(圖4)，表現出與前體聚合物相似的熱穩定性(圖5)，且具有與軟組織相匹配的模量(3.8~5.5 MPa)、抗拉強度(0.56~0.68 MPa)和斷裂應變(280%~320%)。
圖4. 不同星型聚薄荷內酯樣品及彈性體(CE30和CE90)的DSC曲線
圖5. 聚薄荷內酯彈性體(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。該項工作得到國家自然科學基金(No. 21704048)、國家外專局創新引智計劃(No. D17004)和“泰山學者”建設工程(No. tsqn20161031)的資助。該論文即將發表于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
