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安農大蔣峰副教授/馬里蘭大學王浩教授 Chem. Mater.: 稀土配位構筑力學和光學性能可調的兩嵌段彈性體材料

2022-02-10 來源：高分子科技

隨著高分子化學的發展，基于三嵌段、星型、梳形和環狀等構型的熱塑性彈性體被廣泛研究。但是，卻鮮有關于兩嵌段聚合物熱塑性彈性體的報道，這是由于兩嵌段聚合物只有一端被固定了，在發生形變的過程中不能維持施加的應力，導致力學性能很差，不適合用作彈性體材料。

近日，安徽農業大學生物質分子工程中心蔣峰副教授與馬里蘭大學王浩教授通過可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）聚合和稀土配位的方法，構建了一系列具有優異力學性能和熒光性能的兩嵌段彈性體材料。通過控制軟硬段之間的分子量以及稀土離子比例可以高效控制彈性體材料的強度、韌性以及多變的熒光性能。通過稀土配位，兩嵌段彈性體的拉伸強度最高可達10.6 MPa,拉伸韌性可達32 MJ/m³,并且在紫外光照下材料可以在紅色和綠色熒光之間進行有效的調控。通過原位小角X-射線散射（SAXS）實驗研究了這種兩嵌段熒光彈性體在不同拉伸過程中的結構演化，揭示了其在拉伸和回復過程中硬段相聚集體之間的距離變化。相關工作以“Synergistically Tailoring Mechanical and Optical Properties of Diblock Copolymer Thermoplastic Elastomers via Lanthanide Coordination”為題發表在《Chemistry of Materials》上。其中安徽農業大學的碩士研究生王志強為論文的共同第一作者。

圖1.兩嵌段熒光彈性體的設計路徑

在這項工作中，如圖1所示，研究者通過RAFT聚合合成了聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚（丙烯酸正丁酯-r-1-乙烯基咪唑）這樣一個兩嵌段聚合物作為模型聚合物（PMMA-b-P(BA-r-VI)），在這個聚合物中玻璃化轉變溫度較高的PMMA可以與軟段基體發生微相分離，而軟段中引入的咪唑基團可以與稀土離子發生絡合形成超分子網絡結構。選用可以發紅色熒光的銪離子（Eu³⁺）和發綠色熒光的鋱離子（Tb³⁺）與咪唑基團進行配位，通過調節兩種離子之間的比例得到具有不同力學和熒光性能的基于兩嵌段聚合物的彈性體材料（見圖2）。引入稀土離子與兩嵌段聚合物中的咪唑基團進行配位后，可以顯著提高材料的強度和韌性，并且不會降低其延展性和彈性。這些彈性體具有典型的微相分離結構，PMMA可以在基體中形成納米微球為材料提供強度。在拉伸過程中，這些PMMA納米微區可以沿著拉伸方向進行取向，并且這種取向是可回復的。這種制備基于兩嵌段聚合物的高強度熒光彈性體的方法可以進一步應用至其它拓撲結構的聚合物體系。

圖2.兩嵌段熒光彈性體的力學和熒光性能測試

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c03264

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（責任編輯：xu）

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