研究背景：

近年来，由于环保意识的提高、化石燃料储量的消耗以及这些材料的价格变化，人们对发展生态友好型高分子材料的兴趣迅速增长。生物基聚合物，特别是脂肪族聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚(3-羟烷酸)和聚(丁二酸)，已经成功商业化，为传统的石油基聚合物提供了可持续的替代品。热塑性聚酯弹性体(TPEE)是一类结合了热塑性塑料的高加工性和弹性体的弹性的聚合物，其热性能和力学性能可以通过软硬段的种类和成分来调节。然而，已经商业化的tpee依赖于石油基化学品，因此，TPEE的绿色可持续发展迫在眉睫。

研究人员在这方面做出了很大努力。最近，以聚乳酸为基础的共聚物，如PLA-b-聚（6-甲基-3-己内酯）-b-PLA、PLA-b-聚（3-己内酯-co-3-癸内酯）-b-PLA已被成功开发为石油基TPEE的可持续替代品，但这类生物基TPEE性能不甚理想，如模量和强度低。刚性生物基化学物质已被引入到脂肪族聚酯中，以改善其性能。2,5 -呋喃羧酸(FDCA)是一种非常有前途的生物基化学品，其含有呋喃环，可以从多糖或糖中提取。特别是，FDCA因其刚性的芳香环结构而成为对苯二甲酸的理想生物基替代品。如郑等人以PBF为硬段、己内酯聚酯二醇为软段制备了多嵌段生物基共聚酯。尽管基于生物基二元醇和二元酸的聚酯弹性体已有报道，但它们都是热固性的，意味着一旦成型就不能再加工。有趣的是，关于这些弹性体的研究结果表明，各种生物基反应单体会产生无定形弹性体。

研究内容：

使用2,5-呋喃二甲酸二甲酯（DMFD）、1,4-丁二醇（1,4-BDO）和合成的低分子量生物基聚酯(PBSS)合成了一系列可持续和可再加工的生物基热塑性聚酯弹性体P(BF-PBSS)，其中PBF为硬段，PBSS为软段。系统地研究了共聚酯的化学结构、热、结晶和机械性能。进一步通过调整PBSS含量调节材料的各项性能。

主要研究结果：

表1. PBF和P(BF-PBSS)s的分子特征和组成

方案1. P(BF-PBSS)s的聚合反应

图1. PBF和P(BF-PBSS)s的1H NMR图

图2. PBF和P(BF-PBSS)s的13C NMR图

图3. PBF和P(BF-PBSS)s的TGA热谱图：(a)剩余质量和 (b)质量损失的一阶导数

图4. PBF和P(BF-PBSS)s的DSC曲线：（a）冷却曲线和（b）第二次加热曲线

图5. PBF和P(BF-PBSS)s的WXRD曲线

图6. PBF和P(BF-PBSS)s的DMA曲线：(a) tanδ和(b)储能模量

图7. PBF和P(BF-PBSS)s的应变-应力曲线

图8. PBF和P(BF-PBSS)s浸泡在PBS溶液中的重量损失

研究结论：

以二甲基-2,5-呋喃二羧酸酯、1,4丁二醇和合成的低分子量生物基聚酯为原料，成功合成了生物基TPEE(P(BF-PBSS)s)。聚(2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯)(PBF)作为它们的硬链段和PBSS作为它们的软链段。P(BF-PBSS)的数均分子量和多分散性分别为17000至31000g/mol和1.32至1.72。P(BF-PBSS)s的微观结构通过核磁共振得到证实，表明较高含量的软段掺入到具有较高PBSS含量的P(BF-PBSS)s中。P(BF-PBSS)具有良好的热稳定性，其起始分解温度在370℃以上。显然，PBSS的加入缩短了PBF段的长度，扰乱了PBF聚合物链的规律性，导致P(BF-PBSS)s的结晶度降低。有趣的是，DMA表明P(BF-PBSS)由两个结构域组成:结晶PBF和非晶态PBF和PBSS的混合物。PBF的结晶是导致P(BF-PBSS)微相分离的主要原因。更重要的是，P(BF-PBSS)可以由低PBSS含量的结晶热塑性塑料调整为高PBSS含量的类弹性体聚合物。此外，P(BF-PBSS)-20具有较高的断裂伸长率(1100%)和较高的抗拉强度(34 MPa)。此外，P(BF-PBSS)对L929细胞具有低毒性或无毒性，且降解率低。可持续性、良好的力学性能和非细胞毒性使这些P(BF-PBSS)成为高强度生物医用材料的潜在候选材料。

参考文献：

Synthesis and characterization of biobased thermoplastic polyester elastomers containing Poly(butylene 2,5-furandicarboxylate)

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ra/d1ra00066g