聚合物界面擴(kuò)散行為對其基礎(chǔ)研究和工業(yè)化應(yīng)用(如粘結(jié)，共混等)有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)兩種或多種聚合物在其各自玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)以上相互接觸時，隨著分子鏈的熱運(yùn)動，聚合物間的界面會逐漸融合、彌散，并最終形成一界面層。聚合物界面層的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝控制對提高和優(yōu)化界面性能、調(diào)控共混物的微結(jié)構(gòu)與性能方面極為重要。鑒于此，目前對線性—線性聚合物間界面擴(kuò)散過程及動力學(xué)已進(jìn)行了大量廣泛的研究。
與線性聚合物間界面擴(kuò)散行為不同，要實(shí)現(xiàn)兩種交聯(lián)聚合物間的界面擴(kuò)散是不太可能的，因?yàn)榻宦?lián)點(diǎn)限制了分子鏈的運(yùn)動。近日，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王東教授團(tuán)隊通過原子力顯微鏡納米力學(xué)方法研究兩種Vitrimer間的界面增長，對交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)間界面擴(kuò)散過程的演化與動力學(xué)過程進(jìn)行了初步探索，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6793?6796 上。
Vitrimer是一類具有共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高分子材料。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的動態(tài)共價鍵可在一定條件下斷裂和重新生成，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但材料的交聯(lián)密度不變。利用Vitrimer這一結(jié)構(gòu)特性，如將兩種力學(xué)性能不同的Vitrimer制備成雙層膜并進(jìn)行退火，隨著界面處共價鍵的不斷斷裂和重新生成，兩Vitrimer間發(fā)生擴(kuò)散，其界面處的力學(xué)性能會隨著擴(kuò)散的進(jìn)行而不斷變化。該團(tuán)隊通過原子力顯微鏡納米力學(xué)圖譜方法監(jiān)測兩Vitrimer間力學(xué)性能的變化進(jìn)而研究其界面擴(kuò)散動力學(xué)。研究結(jié)果顯示交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)間界面擴(kuò)散過程與線性聚合物的截然不同：網(wǎng)絡(luò)聚合物的界面增長過程是逐步進(jìn)行的，更接近于一級反應(yīng)動力學(xué)。線性聚合物間的擴(kuò)散會在界面處形成一由兩種線性聚合物分子鏈構(gòu)成的界面層；而對于Vitrimer界面，鏈段的可逆反應(yīng)會在界面處生成一由兩種Vitrimer鏈段構(gòu)成的新的聚合物網(wǎng)絡(luò)界面層。此外，利用該方法研究不同溫度下的界面增長，進(jìn)而可得出該體系界面擴(kuò)散的活化能。該工作提出了一種用于測定Vitrimer間反應(yīng)活化能的新方法。
該工作的第一完成人為北京化工大學(xué)博士生何昌飛，合作者包括美國麻省大學(xué)Amherst分校及北化軟物質(zhì)科學(xué)與工程高精尖創(chuàng)新中心Thomas P. Russell教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51673016）的支持。
王東，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授。2008年于清華大學(xué)獲博士學(xué)位，2008年至2015年在日本東北大學(xué)原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)分別擔(dān)任助手（2008至2011）及助理教授（2011至2015），2012年至2013年在美國麻省大學(xué)Amherst分校做訪問學(xué)者，2015年7月起就職于北京化工大學(xué)，致力于應(yīng)用及發(fā)展原子力顯微鏡相關(guān)方法表征聚合物結(jié)構(gòu)與性能的研究工作。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b03771
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