熱塑性彈性體因其優(yōu)異的機械性能、優(yōu)良的可加工性、可重復(fù)使用性和可回收性而引起了廣泛的關(guān)注。在無規(guī)烯烴共聚物中,共聚單體的插入破壞鏈段的結(jié)晶得到提供彈性的無定形區(qū)域,同時控制插入率使聚烯烴仍保留部分結(jié)晶區(qū)域,晶區(qū)起到物理交聯(lián)作用以此提供強度。然而高度結(jié)晶的烯烴共聚物彈性回復(fù)性能很差,低結(jié)晶度的烯烴共聚物雖然彈性回復(fù)性能較好,但強度低,難以實際生活中得到廣泛應(yīng)用。簡而言之,無規(guī)烯烴共聚物的力學(xué)強度與彈性回復(fù)表現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系,如何得到同時兼具高強度和優(yōu)異彈性回復(fù)性能的聚烯烴熱塑性彈性體是一個挑戰(zhàn)性的難題。
為了解決這個難題,科研工作者們提出了一種“雙網(wǎng)絡(luò)”的概念,即在聚合物中既存在一個永久的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)又存在一個動態(tài)的臨時交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以由共價交聯(lián)或者晶相形成的物理交聯(lián)構(gòu)成,而臨時交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以由超分子作用構(gòu)成,包括氫鍵、金屬-配體相互作用、π–π堆砌相互作用、離子相互作用、主客體相互作用,由此解決拉伸強度和彈性恢復(fù)之間的難以兼具的難題。
天津大學(xué)李悅生/潘莉教授團隊聚焦于在聚合物中引入離子相互作用使其兼顧力學(xué)強度和彈性回復(fù),利用β-二酮單亞胺鈦催化劑催化乙烯、5-碘甲基-2-降冰片烯以及己烯共聚,所得三元共聚物進行親核取代反應(yīng)再通過離子交換反應(yīng)得到帶有不同反離子的咪唑基聚乙烯離聚體。通過改變離子基團含量與反離子種類可以有效調(diào)節(jié)聚乙烯離聚體的力學(xué)性能,并且由聚乙烯鏈段結(jié)晶以及離子聚集形成的雙重交聯(lián)賦予了聚合物材料優(yōu)異的彈性回復(fù)性能。
圖1. 離子基聚乙烯熱塑性彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
圖2. 聚合物以及離聚體的性能表征:(A)熱性能(B)熔體流變性(C)親水性能(D)力學(xué)性能。
圖3. 聚合物及離聚體的循環(huán)拉伸曲線。
論文信息:High-Performance Polyethylene-Ionomer-based Thermoplastic Elastomers Exhibiting Counteranion-Mediated Mechanical Properties
通訊作者:Li Pan(潘莉), Yuesheng Li(李悅生)
作者:Jun Zhang(張俊), Xiaohui Mao(毛曉慧), Zhe Ma(馬哲), Li Pan(潘莉), Bing Wang(王彬), Yuesheng Li(李悅生)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c00066
通訊作者簡介
潘莉,天津大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。主要研究內(nèi)容包括:烯烴配位聚合及聚烯烴功能化、新型多嵌段聚烯烴的合成與性能等。
李悅生,天津大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。主要研究內(nèi)容包括:過渡金屬催化聚合、活性/可控自由基聚合、有機分子催化聚合等。
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