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華南理工大學陳玉坤研究員課題組利用不飽和羧酸Zn2+鹽鍵大幅提高SBS模量并賦予其形狀記憶效應
發布:blast_k   時間:2019/5/28 12:10:49   閱讀:445 
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苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)作為目前商業化程度最高的熱塑性彈性體之一,由于其出色的可回收性和加工性,被應用在諸如鞋類、沖擊改性劑、粘合劑、增韌工程塑料等諸多方面。然而其低應變下較低的力學強度卻在很多方面限制了SBS的應用。

為提高SBS在低應變下的力學強度及模量,并賦予SBS功能特性,陳玉坤研究員先進彈性體課題組通過對聚合物分子結構的設計,利用巰基-烯點擊化學反應,先在SBS分子鏈中的PB段接上羧酸基團形成SBS-g-COOH,然后將其與氧化鋅復配,ZnO與-COOH形成Zn2+鹽鍵,得到產物SBS-g-COOH/ZnO。


圖1. (a) ZnO與SBS-g-COOH復配的反應示意圖;(b) 離子多重態、離子簇和離子交聯網絡示意圖

這種不飽和羧酸金屬鹽建具有較強的靜電相互作用,形成的交聯網絡可以有效抑制分子鏈運動,同時自聚形成的離子簇有較高的模量,可以作為SBS的補強劑。最終SBS-g-COOH/ZnO復合材料在100%應變下的拉伸應力可達14.24 MPa,較未與ZnO復配的SBS-g-COOH提高了3.35倍,較純SBS更是提高了5.44倍。


圖2. (a) 拉伸曲線;(b) 100%定伸應力;(c)楊氏模量

Zn2+鹽鍵的形成同時也使得SBS-g-COOH/ZnO的玻璃化轉變溫度有了大幅提升(-1.3~11.6℃),而且Zn2+鹽鍵是一種具有溫度適應性的動態非共價鍵,在兩種因素的作用下賦予了材料形狀記憶效應。


圖3. 不同溫度下SBS-g-COOH/ZnO的形狀記憶行為

同時作者也利用變溫紅外表征了Zn2+鹽鍵在不同溫度下的特征峰峰位變化,證明其解離與重構。


4. 變溫(30~100℃)紅外譜圖

以上相關成果近日發表在Macromolecules (Article ASAP DOI: 10.1021/acs.macromol.9b00483)上。論文的第一作者為華南理工大學機械與汽車工程學院碩士生閆夢文,通訊作者為陳玉坤研究員,共同通訊作者為廣西大學徐傳輝副教授。

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b00483

來源:中國聚合物網

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