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西南大学黄进教授和甘霖副教授课题组提出逾渗/交联双网络协同策略优化可结晶高分子材料的力学性能
2020-01-09  来源:高分子科技

  交联和逾渗方法被广泛应用于高弹性可结晶材料的改性,但应用于改性结晶性高分子材料时各自存在一定的局限,例如因交联度的难控制而易导致材料强度和韧性难以均衡,同时逾渗填料的非均相成核易导致材料基体结晶度提高,由此如何保持可结晶弹性材料强度和韧性的同步增加是一个有趣的问题。

  杜仲胶(EUG)是一类具有结晶能力的弹性材料,特别是高度对称的反式异戊二烯结构在室温下易结晶的性质限制了其应用。针对上述问题,黄进教授和甘霖副教授课题组利用生物质来源的纤维素纳米晶(CNC)这种刚性棒状纳米填料,提出了逾渗/交联双网络协同策略,在EUG中引入经化学修饰制备的巯基化CNC(mCNC),利用高效的巯基-乙烯基Click型反应,将mCNC填料与EUG基体通过共价键耦合,实现了纳米复合材料体系力学性能的优化(如图1所示)。

图1. EUG/mCNC纳米复合材料制备过程及交联/渗透双网络结构的示意图。

  在纳米复合材料体系中,mCNC在EUG基体中形成逾渗网络,通过动态力学分析得以证实(如图2所示)。进而,结合填料与基体形成的交联网络,系统讨论了双网络协同作用的力学增强机理以及对EUG基体结晶性的影响。mCNC填料与EUG基体之间的巯基-乙烯基Click型反应,增加了填料与基体之间的界面相容性,减弱了纳米复合材料中基体结晶度的可能性;另一方面,mCNC逾渗网络的形成显示出显著的增强效应。基体结晶的抑制以及填料的逾渗增强效应,协同实现了EUG/mCNC纳米复合材料的同步增强增韧,丰富了结晶性高分子弹性材料结构设计和性能调控的思路。

图2. EUG/mCNC纳米复合材料的储能模量(A)和损耗因子(B)随温度升高的变化曲线以及实测储能模量与mCNC含量的依赖关系与逾渗网络模型理论曲线的吻合性(C)。

  该研究成果近期发表在ACS Applied Bio Materials(doi: 10.1021/acsabm.9b00901),论文的第一作者为西南大学化学化工学院硕士研究生王玉环,通讯作者为甘霖副教授黄进教授

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsabm.9b00901

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(责任编辑:xu)
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