熱塑性彈性體(TPEs)是指在常溫下顯示橡膠彈性,在高溫下能夠塑化成型的高分子材料。傳統(tǒng)熱塑性彈性大多是基于聚烯烴類分子結(jié)構(gòu)的高分子材料,使用后難以降解回收利用,造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。同時,熱塑性彈性體強度和韌性往往是一對矛盾體,很難同時兼顧。
圖1
圖2
圖3
由于P3HSHP展現(xiàn)出優(yōu)秀的熱性能以及結(jié)晶性,作者引入了商業(yè)化的ε-己內(nèi)酯(CL)單體,通過一鍋法共聚策略,與SHPL共同制備了一系列梯度共聚物P(CL-grad-SHPL)(圖4a)。通過對一鍋法聚合反應(yīng)過程的監(jiān)測(圖4b),并對比嵌段聚合物P(CL)1750-b-(SHPL)750與P(CL1750-grad-SHPL750)的NMR譜圖(圖4c, f),成功證實了P(CL-grad-SHPL)的梯度結(jié)構(gòu)特性。
圖4
P(CL2000-grad-SHPL500)和P(CL1750-grad-SHPL750)具有出色的拉伸強度和可拉伸性,這促使作者進一步評估它們作為超韌熱塑性彈性體(TPEs)的彈性性能。在第一個滯后循環(huán)中,P(CL2000-grad-SHPL500)表現(xiàn)出明顯的變形和應(yīng)力的下降(圖4a,b),這可能是由于晶態(tài)軟段的斷裂或應(yīng)力誘導(dǎo)的相變所致。由于塑性變形(回彈性≈30%),P(CL2000-grad-PL500)在第一個循環(huán)中的滯后損失顯著。然而,一旦克服了這種塑性變形,在隨后的加載/卸載循環(huán)中,P(CL2000-grad-PL500)的滯后損失逐漸減少,回彈性達到72%。反復(fù)拉伸至100%應(yīng)變,P(CL2000-grad-SHPL500)的彈性恢復(fù)率保持在約92%(圖4d)。梯度序列結(jié)構(gòu)對共聚物的力學(xué)性能有重要影響,其彈性性能可能是由共聚物中的硬段(P3HSHP和PCL)和軟段(梯度片段)之間的微相分離導(dǎo)致的。
圖5
總而言之,本文報道了一種新型α-螺環(huán)-環(huán)己基丙內(nèi)酯單體(SHPL)的設(shè)計、合成及其在開環(huán)聚合和熱塑性彈性體制備中的應(yīng)用。SHPL表現(xiàn)出高反應(yīng)性和熱穩(wěn)定性,其聚合物P3HSHP能在無副產(chǎn)物的情況下高效解聚回單體。通過一鍋法共聚SHPL和ε-己內(nèi)酯(CL),制備了高性能TPEs,展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和彈性恢復(fù)能力。該研究為開發(fā)新型可持續(xù)高性能TPEs設(shè)計與合成提供了新思路。
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17703
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