川大黄光速&徐云祥Angew: 仿生策略造就的超韧热塑性弹性体

【引言】

由于应变诱导结晶现象，天然橡胶是最著名的自增韧橡胶之一，它通常以硫化形式使用以增强机械强度。另一方面，可回收性对橡胶的使用非常重要，但是由于回收技术效率低下，大量的硫化橡胶被埋没或焚烧，不仅造成浪费，而且造成污染。因而目前非常需要具有延展性的高性能聚异戊二烯，这不仅需要控制聚异戊二烯的微观结构，而且要有有效的可逆交联方法，才可以最大限度地提高橡胶的机械性能而不牺牲其固有的性能。

【成果简介】 

四川大学黄光速教授和徐云祥副教授（共同通讯）等研究人员通过生物模拟天然橡胶的结构，制备了坚韧的热塑性聚异戊二烯弹性体B-4A-PIP。他们通过使用四-苯胺作为物理交联单元制备了末端官能化的聚异戊二烯橡胶B-4A-PIP。四-苯胺基团的强结合使得B-4A-PIP具有15MPa的高拉伸强度和890％的断裂应变，这远高于未经修饰的共聚物B-OH-PIP。尽管R-4A-PIP和B-4A-PIP具有相似的分子量和四苯胺基团的量，而无规官能化的聚异戊二烯R-4A-PIP显示出了低得多的机械强度和SIC性能。B-4A-PIP具有与硫化天然橡胶相似的起始结晶应力和结晶指数，这也迈出了解决橡胶的可回收性问题的一大步。该研究发表于Angewandte Chemie，题为“Towards a Supertough Thermoplastic Polyisoprene Elastomer Based on a Biomimic Strategy”。第一作者为四川大学Maozhu Tang。

【图文导读】

图1. 合成路线

图2. 力学性能测试

a）应力-应变曲线，b）B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的断裂韧性；c）和d）分别为在室温下延迟0秒至1小时的连续加载-卸载循环中，对B-4A-PIP和R-4A-PIP的循环拉伸测试曲线。在每个循环中对样品施加5.0的应力。

图3. 结晶度指数与WAXD图谱

a）结晶度指数（CI）与应变的函数关系曲线，b）B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的WAXD图谱。

 图4. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）

B-OH-PIP、B-4A-PIP、R-OH-PIP和R-4A-PIP的FTIR光谱。

图4. X射线衍射光谱

B-4A-PIP和R-4A-PIP的X射线衍射光谱。

【小结】

该项研究成功地合成了含有极性基团的顺序调整共聚物，并且研究了它们的结构与性质的关系。当四苯胺基团连接在聚异戊二烯链上时，末端的官能化和无规共聚物都显示出了显著增强的机械强度和SIC行为。特别是对于末端官能化共聚物B-4A-PIP，拉伸强度、断裂应变和大应变下的CI值均高于无规官能化样品R-4A-PIP，与未填充的硫化天然橡胶的性能相当。这种末端功能化的方式提供了一种制备坚韧的热塑性二烯橡胶的新方法，而不是利用传统的均匀分布式网络。另外，考虑到未优化的极性基团序列和替代的交联基序，预期将会进一步改善其机械性能；这种强化现象背后的详细机制他们也将进一步研究并报道。

文献链接： Towards a Supertough Thermoplastic Polyisoprene Elastomer Based on a Biomimic Strategy (Angewandte Chemie 2018, DOI: 10.1002/anie.201809339)

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