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大連理工大學徐鐵齊教授團隊 Nat. Commun.:由生物基δ-戊內酯制備可完全化學循環的熱塑性彈性體
2024-09-14  來源:高分子科技

  近年來,為了避免石油基聚合物帶來的“白色污染”,可化學循環聚合物得到了快速發展,大量的可化學循環熱塑性塑料被開發出來,然而,完全可化學循環的熱塑性彈性體(TPE)的研究仍處于空白。隨著TPE市場規模的大幅增長為了避免塑料污染問題的再次發生,迫切需要設計具有完全化學可回收性的TPE,然而,這需要面臨以下三方面的挑戰1產生的新型可化學循環TPE需要與商品化TPE性能相當;2產生的新型可化學循環TPE能選擇性地完全解聚為純凈的聚合前體;3建立有效的聚合方法直接轉化回收(避免額外的分離純化)的單體混合物為新的、性能優于原TPE的可化學循環TPE


  近日,大連理工大學徐鐵齊教授團隊利用生物來源的δ-戊內酯(δVL)及其衍生物α-烷基-δ-戊內酯(αRVL)構建了一系列表現出典型熱塑性彈性體行為的聚酯基三嵌段共聚物(tri-BCPs)(圖1)。其不僅具有完全的化學可回收性,而且具有優異的力學性能,拉伸試驗表明,其具有優異的斷裂伸長率(1041 ± 20 %),出色的拉伸應力(29.7 ± 1.9 MPa)以及優異的韌性(135 ± 8.2 MJ m-3),其韌性比商業聚烯烴TPE2.5-3.8倍(圖2)。


1完全可循環tri-BCPs的合成與解聚。


2.PVL-b-PαMeVL-b-PVL tri-BCPs的力學性能。


  所得tri-BCPs可以在ZnCl2或者磷鉬酸的作用下完全解聚回到聚合前體,回收率約為99%。回收得到的單體混合物可以不進行分離,通過分步聚合即可得到與原聚合物具有相當熱性能和機械性能的五嵌段共聚物(penta-BCP)(圖3)。原子力顯微鏡(AFM)顯示tri-BCPs通過結晶驅動自組裝形成圓柱形態,進而導致其具有出色的力學性能(圖4)。


3. TPE- 3 tri-BCPTPE-8 penta-BCP拉伸性能的比較。


4在不同放大倍數下tri-BCP薄膜表面的AFM圖像


  這項研究實現了熱塑性彈性體的完全可回收性和優異力學性能的統一,從tri-BCP到 penta-BCP的轉化為構建可完全化學循環熱塑性彈性體材料提供了新思路。該工作以“Fully recyclable and tough thermoplastic elastomers from simple bio-sourced δ-valerolactones”為題發表在《Nature Communications》上。文章第一作者是大連理工大學馬凱博士。該研究得到國家自然科學基金委的支持。


  該工作是徐鐵齊教授團隊近期關于可化學循環聚合物的設計與合成相關研究的最新進展之一。如何實現可循環聚合物的化學可循環性和優異力學性能的統一既是研究可循環聚合物的重點又是難點。該團隊一直致力于高性能可化學循環聚合物的設計與合成,在溫和的條件下以高產率得到了高分子量聚(δ-戊內酯)(PVL),并實現了PVL在磷鉬酸作用下的定量回收,實現了商品化試劑構筑高性能可化學循環聚酯Angew. Chem. Int. Ed.2023, e20230379);該團隊進一步發展了偕二烷基策略同步實現PVL的可化學循環性和耐熱性和阻隔性能的提升,在δVLα位上引入烷基,通過烷基鏈的長度調控聚合物的結晶性,得到了高熔點(140 °C、力學性能和阻隔性能優于商品化低密度聚乙烯的的可循環聚酯Nat. Chem. 2023, 15, 278)。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-52229-1


  下載:Fully recyclable and tough thermoplastic elastomers from simple bio-sourced δ-valerolactones

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(責任編輯:xu)
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