川大黃光速&徐云祥Angew: 仿生策略造就的超韌熱塑性彈性體

【引言】

由于應變誘導結晶現象，天然橡膠是最著名的自增韌橡膠之一，它通常以硫化形式使用以增強機械強度。另一方面，可回收性對橡膠的使用非常重要，但是由于回收技術效率低下，大量的硫化橡膠被埋沒或焚燒，不僅造成浪費，而且造成污染。因而目前非常需要具有延展性的高性能聚異戊二烯，這不僅需要控制聚異戊二烯的微觀結構，而且要有有效的可逆交聯方法，才可以最大限度地提高橡膠的機械性能而不犧牲其固有的性能。

【成果簡介】?

四川大學黃光速教授和徐云祥副教授（共同通訊）等研究人員通過生物模擬天然橡膠的結構，制備了堅韌的熱塑性聚異戊二烯彈性體B-4A-PIP。他們通過使用四-苯胺作為物理交聯單元制備了末端官能化的聚異戊二烯橡膠B-4A-PIP。四-苯胺基團的強結合使得B-4A-PIP具有15MPa的高拉伸強度和890％的斷裂應變，這遠高于未經修飾的共聚物B-OH-PIP。盡管R-4A-PIP和B-4A-PIP具有相似的分子量和四苯胺基團的量，而無規官能化的聚異戊二烯R-4A-PIP顯示出了低得多的機械強度和SIC性能。B-4A-PIP具有與硫化天然橡膠相似的起始結晶應力和結晶指數，這也邁出了解決橡膠的可回收性問題的一大步。該研究發表于Angewandte Chemie，題為“Towards a Supertough Thermoplastic Polyisoprene Elastomer Based on a Biomimic Strategy”。第一作者為四川大學Maozhu Tang。

【圖文導讀】

圖1. 合成路線

圖2. 力學性能測試

a）應力-應變曲線，b）B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的斷裂韌性；c）和d）分別為在室溫下延遲0秒至1小時的連續加載-卸載循環中，對B-4A-PIP和R-4A-PIP的循環拉伸測試曲線。在每個循環中對樣品施加5.0的應力。

圖3. 結晶度指數與WAXD圖譜

a）結晶度指數（CI）與應變的函數關系曲線，b）B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的WAXD圖譜。

?圖4. 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的FTIR光譜。

圖4. X射線衍射光譜

B-4A-PIP和R-4A-PIP的X射線衍射光譜。

【小結】

該項研究成功地合成了含有極性基團的順序調整共聚物，并且研究了它們的結構與性質的關系。當四苯胺基團連接在聚異戊二烯鏈上時，末端的官能化和無規共聚物都顯示出了顯著增強的機械強度和SIC行為。特別是對于末端官能化共聚物B-4A-PIP，拉伸強度、斷裂應變和大應變下的CI值均高于無規官能化樣品R-4A-PIP，與未填充的硫化天然橡膠的性能相當。這種末端功能化的方式提供了一種制備堅韌的熱塑性二烯橡膠的新方法，而不是利用傳統的均勻分布式網絡。另外，考慮到未優化的極性基團序列和替代的交聯基序，預期將會進一步改善其機械性能；這種強化現象背后的詳細機制他們也將進一步研究并報道。

文獻鏈接： Towards a Supertough Thermoplastic Polyisoprene Elastomer Based on a Biomimic Strategy (Angewandte Chemie 2018, DOI: 10.1002/anie.201809339)

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