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四川大學(xué)郭少云/張先龍團(tuán)隊(duì) Macromolecules：大分子斷鏈再續(xù)增強(qiáng)聚氨酯耐輻射性

2024-12-06 來(lái)源：高分子科技

在核工業(yè)、太空、放射醫(yī)療等場(chǎng)景中，環(huán)境中的高能輻射會(huì)加速聚合物的老化，降低其服役壽命及可靠性。高能射線主要通過(guò)引發(fā)輻射反應(yīng)使聚合物性能下降，因此減少輻射反應(yīng)的發(fā)生是目前聚合物耐輻射設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn)。而理論上，只要能保持分子鏈間相互作用就能實(shí)現(xiàn)聚合物宏觀性能的穩(wěn)定，不必局限于抑制輻射反應(yīng)這一種思路。從對(duì)大分子的影響上看，輻射斷鏈（降解）反應(yīng)與輻射擴(kuò)鏈（交聯(lián)）反應(yīng)存在一定的逆反應(yīng)關(guān)系，這種特性可以被用于實(shí)現(xiàn)聚合物材料的耐輻射。

近期，四川大學(xué)高分子研究所郭少云/張先龍團(tuán)隊(duì)針對(duì)聚氨酯材料（PU）的輻射降解問(wèn)題，提出了通過(guò)在分子鏈中引入輻射擴(kuò)鏈（交聯(lián)）成分以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷鏈的再續(xù)，從而保持材料在輻射下的性能。具體的，聚丁二烯分子鏈被作為輻射擴(kuò)鏈反應(yīng)成分引入輻射斷鏈型的聚醚聚氨酯中，合成了含有聚丁二烯鏈與聚醚鏈兩種軟段的聚氨酯大分子（圖1）。在γ輻射作用下，聚醚聚氨酯發(fā)生了明顯的輻射斷鏈反應(yīng)，而聚丁二烯鏈的引入能夠借由輻射擴(kuò)鏈（交聯(lián)）反應(yīng)使斷鏈的大分子重新續(xù)接于其他大分子鏈上，極大的維持聚合物網(wǎng)絡(luò)（圖2）。進(jìn)一步的性能測(cè)試顯示聚丁二烯鏈的引入能夠顯著延緩輻射對(duì)聚氨酯性能的劣化，提高材料耐輻射性。這種基于聚氨酯軟段的設(shè)計(jì)策略具有較寬的適用面，在不同硬段鏈的聚氨酯材料中均能發(fā)揮耐輻射作用（圖3）。此外還發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)改變聚合物中聚丁二烯成分的含量調(diào)節(jié)材料輻射特性，通常低含量聚丁二烯有利于斷裂伸長(zhǎng)率的保持，高含量則有利于強(qiáng)度的保持。本研究工作為耐輻射聚合物的設(shè)計(jì)與改性提供了一種全新的思路。該工作以“Broken chain self-reconnection strategy enables radiation ultra-resistance of polyurethane” 為題發(fā)表在《Macromolecules》上。文章第一作者是四川大學(xué)博士汪家鼎。

圖1. 含聚丁二烯鏈的聚醚聚氨酯材料制備及表征

圖2. 聚氨酯分子鏈的輻射變化表征

圖3. 多種聚氨酯材料在輻射下的力學(xué)性能變化

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02557

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（責(zé)任編輯：xu）

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