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中国科学技术大学王志刚教授课题组在ABA型和BAB型三嵌段共聚物弹性体力学性能研究中取得可喜进展
2018-06-27 来源:中国流变网    点击次数:71次    

  热塑性弹性体是一种特殊的高分子材料,既具有弹性也具有塑性,因其独特的力学性能以及可加工性,被广泛地应用于汽车零部件、服装、包装材料以及生物医学等与日常生活密切相关的领域。从聚集态结构上来看,弹性体一般呈现微相分离相行为,其中一相是具有高玻璃化转变温度的硬段相区,提供足够的拉伸强度,另一相是具有低玻璃化转变温度的软段相区,用于连接分散性的硬段相区。

  王志刚教授课题组利用可逆-断裂链转移聚合(RAFT)方法,选用特定的双官能团链转移剂(CTA),简捷便利地合成了含有两种丙烯酸类单体的ABA或BAB型三嵌段共聚物。先通过RAFT方法制备ABA三嵌段弹性体(TBCPEs),并在TBCPE链中引入第三共聚单体,1-乙烯基咪唑。该咪唑基团可以通过1,6-二溴己烷与TBCPE进行离子交联形成增强型共聚物弹性体,如半交联TBCPEs-HC和全交联TBCPEs-FC。尽管添加的1-乙烯基咪唑共聚单体的质量分数只占总量的2.0%,全交联的TBCPEs-FC最终拉伸强度可以达到未交联TBCPEs的10倍,弹性回复性提高到90%以上,而断裂伸长率只有少量的下降(图1)。

图1. (Left) Ionically cross-linked TBCPE. (Right) Monotonic nominal stress-strain curves for TBCPE1, TBCPE1-HC, and TBCPE1-FC. (Macromolecules 2017, 50 (16), 6218–6226)

  同样,通过RAFT方法制备了BAB型三嵌段共聚物弹性体(TBCPEs),中间A段是硬段,提供了体系的硬段相区,起到物理交联点的作用;两端B段则是软段,其足够的分子量导致链缠结效应,使得体系暗含双网络的作用,从而具备了弹性体的特征。该体系两端软段中引入微量功能性共聚单体1-乙烯基咪唑(VI)。含量仅2.2wt%的VI 基团共聚分散在丙烯酸丁酯(BA)软段中,未来可用于构建金属配位键交联网络,以同时提高弹性体的力学强度和断裂伸长率(图2)。

图2. (Left) A schematic illustration of the microstructures observed for P(BA-co-VI)-b-PIBA-b-P(BA-co-VI) BAB-type TBCPEs. The microdomains in olive color represent the aggregation of the hard PIBA block, and the middle part in blue color among the microdomains represents the chain entanglements due to P(BA-co-VI) chain segment aggregation. (Right) The monotonic nominal stress-strain curves recorded for TBCPE1, TBCPE2, TBCPE3, TBCPE4, TBCPE5 and TBCPE6 with thermal treatment at 150 °C for 48 h. (Polymer Chemistry 2018, 9, 3067-3079)

  研究成果以“Triblock Copolymer Elastomers with Enhanced Mechanical Properties Synthesized by RAFT Polymerization and Subsequent Quaternization through Incorporation of a Comonomer with Imidazole Groups of about 2.0 Mass Percentage”和“Synthesis, Order-to-Disorder Transition, Microphase Morphology and Mechanical Properties of BAB Triblock Copolymer Elastomers with Hard Middle Block and Soft Outer Blocks”为题分别发表于美国化学会Macromolecules (Macromolecules 2017, 50 (16), 6218–6226) 和英国皇家学会Polymer Chemistry (Polymer Chemistry 2018, 9, 3067-3079)。两篇论文第一作者分别为蒋峰王文韬博士,王志刚教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委面上项目支持。论文作者也感谢期刊编辑和审稿人的理解和支持以及提出的宝贵建设性修改意见。

  论文链接: 

  https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.7b01414

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/py/c8py00375k

 
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