傳統(tǒng)硫化橡膠因?yàn)槠涔矁r(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的無(wú)法回收的問(wèn)題造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。通過(guò)具有刺激響應(yīng)性的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵雖然賦予了橡膠可回收性,但仍然存在許多問(wèn)題。一方面是容易出現(xiàn)性能上的顧此失彼,比如無(wú)法同時(shí)兼具高延伸性和高強(qiáng)度;另一方面是很難維持高加工溫度下的性能穩(wěn)定性,導(dǎo)致多次機(jī)械回收之后出現(xiàn)性能下降。要將硫化橡膠優(yōu)異的力學(xué)性能與其可回收性相結(jié)合仍然充滿挑戰(zhàn)。
如圖1所示,由于每個(gè)bCC開(kāi)環(huán)后會(huì)產(chǎn)生更多羥基,因此重復(fù)的開(kāi)環(huán)反應(yīng)會(huì)消耗更多的bCC并產(chǎn)生支化結(jié)構(gòu)。隨著bCC含量的增加,聚異戊二烯基體中形成的碳酸酯鍵的數(shù)量也會(huì)增加。如圖2所示,通過(guò)利用納米填料效應(yīng)和碳酸酯納米相的能量耗散,使得交聯(lián)樣品獲得優(yōu)異的力學(xué)性能,與無(wú)規(guī)共聚樣品(R-PIP-0.65)和未填充硫化天然橡膠(V-NR) 相比,基于端基功能化的交聯(lián)樣品(B-PIP-x)表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。值得一提的是,與其他基于熱刺激響應(yīng)型的動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)二烯類類玻璃彈性體(vitrimers)相比,新型交聯(lián)樣品在力學(xué)性能方面展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。
圖 2 (a) 代表性樣品應(yīng)力-應(yīng)變曲線; (b) 強(qiáng)度與斷裂能對(duì)比圖; (c) 與其他二烯類類玻璃彈性體(vitrimers)力學(xué)性能對(duì)比
碳酸酯相不僅作為納米填料增強(qiáng)橡膠、促進(jìn)聚異戊二烯的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶(SIC)行為,而且賦予橡膠樣品傳統(tǒng)硫化所不具備的透明性能,可以滿足某些領(lǐng)域?qū)ο鹉z制品透明度的要求(圖3)。在可回收性方面,如圖4所示,利用碳酸酯鍵在特殊的溶劑體系(HCl/THF)中的強(qiáng)酸敏感性,新型橡膠可以在不犧牲力學(xué)性能的情況下實(shí)現(xiàn)多次閉環(huán)化學(xué)回收。交聯(lián)樣品對(duì)水或乙酸等普通化學(xué)溶劑保持穩(wěn)定,甚至在濃鹽酸中也未出現(xiàn)明顯降解現(xiàn)象,因此具有實(shí)際應(yīng)用潛力。
圖 4(a)回收過(guò)程示意圖;(b) GPC曲線;(c)回收前后應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(d)回收前后強(qiáng)度和韌性
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139130
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