聚合物界面擴散行為對其基礎研究和工業化應用(如粘結，共混等)有著至關重要的作用。當兩種或多種聚合物在其各自玻璃化轉變溫度或熔點以上相互接觸時，隨著分子鏈的熱運動，聚合物間的界面會逐漸融合、彌散，并最終形成一界面層。聚合物界面層的結構設計和工藝控制對提高和優化界面性能、調控共混物的微結構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散過程及動力學已進行了大量廣泛的研究。
與線性聚合物間界面擴散行為不同，要實現兩種交聯聚合物間的界面擴散是不太可能的，因為交聯點限制了分子鏈的運動。近日，北京化工大學材料科學與工程學院王東教授團隊通過原子力顯微鏡納米力學方法研究兩種Vitrimer間的界面增長，對交聯網絡間界面擴散過程的演化與動力學過程進行了初步探索，相關結果發表在 J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6793?6796 上。
Vitrimer是一類具有共價交聯網絡的高分子材料。其網絡結構中的動態共價鍵可在一定條件下斷裂和重新生成，導致網絡的拓撲結構發生變化，但材料的交聯密度不變。利用Vitrimer這一結構特性，如將兩種力學性能不同的Vitrimer制備成雙層膜并進行退火，隨著界面處共價鍵的不斷斷裂和重新生成，兩Vitrimer間發生擴散，其界面處的力學性能會隨著擴散的進行而不斷變化。該團隊通過原子力顯微鏡納米力學圖譜方法監測兩Vitrimer間力學性能的變化進而研究其界面擴散動力學。研究結果顯示交聯網絡間界面擴散過程與線性聚合物的截然不同：網絡聚合物的界面增長過程是逐步進行的，更接近于一級反應動力學。線性聚合物間的擴散會在界面處形成一由兩種線性聚合物分子鏈構成的界面層；而對于Vitrimer界面，鏈段的可逆反應會在界面處生成一由兩種Vitrimer鏈段構成的新的聚合物網絡界面層。此外，利用該方法研究不同溫度下的界面增長，進而可得出該體系界面擴散的活化能。該工作提出了一種用于測定Vitrimer間反應活化能的新方法。
該工作的第一完成人為北京化工大學博士生何昌飛，合作者包括美國麻省大學Amherst分校及北化軟物質科學與工程高精尖創新中心Thomas P. Russell教授。該工作得到了國家自然科學基金面上項目（51673016）的支持。
王東，北京化工大學材料科學與工程學院教授。2008年于清華大學獲博士學位，2008年至2015年在日本東北大學原子分子材料科學高等研究機構分別擔任助手（2008至2011）及助理教授（2011至2015），2012年至2013年在美國麻省大學Amherst分校做訪問學者，2015年7月起就職于北京化工大學，致力于應用及發展原子力顯微鏡相關方法表征聚合物結構與性能的研究工作。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b03771
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