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四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)《Macromolecules》封面：同時(shí)實(shí)現(xiàn)PET的促結(jié)晶與增韌改性
2023-11-24  來(lái)源：高分子科技

  聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（簡(jiǎn)稱PET或聚酯）是我國(guó)單一品種產(chǎn)量最大的高分子材料，因其優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕等性能，廣泛應(yīng)用于纖維、薄膜和瓶片領(lǐng)域。但是PET主鏈剛性較大，鏈段運(yùn)動(dòng)遲緩，導(dǎo)致其結(jié)晶速度緩慢、成型時(shí)間長(zhǎng)且加工模溫高，同時(shí)PET的沖擊強(qiáng)度較低，極大地限制了其在工程塑料領(lǐng)域的應(yīng)用。目前研究主要集中在單一改善結(jié)晶性能或提高韌性，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)PET的促結(jié)晶與增韌改性仍是亟待突破的難題。


  四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)在PET的功能化與高性能化方面已開展了三十多年的研究，研發(fā)了阻燃不熔滴、抗紫外、抗菌、高強(qiáng)高韌等一系列的PET聚酯新材料，在行業(yè)內(nèi)具有廣泛的產(chǎn)學(xué)研合作基礎(chǔ)。近期，他們提出了通過(guò)化學(xué)共聚“雜呋喃單元”實(shí)現(xiàn)PET結(jié)晶性能與韌性同時(shí)改善的新策略。一方面，呋喃在結(jié)構(gòu)上與苯環(huán)類似，都屬于共軛結(jié)構(gòu)且鍵長(zhǎng)相近。因此，將呋喃單元引入PET聚酯鏈后，共聚酯的規(guī)整性和對(duì)稱性保持較好，且由于呋喃比苯環(huán)具有更小的空間體積，使得共聚酯鏈的均方末端距減小，柔韌性增加。因此，呋喃作為共聚酯鏈中的“雜單元”，起到均相成核作用并加速晶體生長(zhǎng)速率。與PET相比，共聚酯的結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間更短，過(guò)冷度更低，結(jié)晶速率更快，結(jié)晶度更高。另一方面，呋喃單元同時(shí)調(diào)節(jié)PET共聚酯的一級(jí)化學(xué)結(jié)構(gòu)、二級(jí)鏈構(gòu)象和三級(jí)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，使得共聚酯自發(fā)形成了長(zhǎng)程有序的“葉脈”狀結(jié)晶，進(jìn)而提高了共聚酯的沖擊韌性。僅需0.99 mol%的呋喃含量，PET共聚酯的結(jié)晶速率提高了1.8倍且沖擊強(qiáng)度增加了4倍，表明這種基于源頭化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的聚合物改性的超高效率。


圖1. 含呋喃單元共聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與結(jié)晶性能


圖2. PET和共聚酯的力學(xué)性能與晶體形貌


圖3. 共聚酯的促結(jié)晶及增韌機(jī)理研究


圖4 該工作的《Macromolecules》封面


  該工作以“Hetero-Furan Unit” Drives a Spontaneous Leaf-Vein Bioinspired Multiscale Design for Ultra-Robust, Lightweight, and Recyclable Polymers為題發(fā)表在《Macromolecules》（2023, 56, 8823-8833），并被遴選為當(dāng)期的封面。第一作者為四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室的碩士研究生張鵬，通訊作者為陳琳研究員和王玉忠院士。相關(guān)研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFB3700203）和111計(jì)劃（B20001）等資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01054

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