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通过TAD点击化学制备一种兼具强韧机械性能和形状记忆功能的弹性体

通过TAD点击化学制备一种兼具强韧机械性能和形状记忆功能的弹性体

橡胶具有独特的熵弹性,广泛用于轮胎、密封圈、减震器等工业制品,被称为具有战略地位的材料。然而,大多数纯橡胶机械性能差,严重限制其实际应用。填充纳米颗粒是橡胶补强的常用手段,然而,这一方法存在纳米颗粒易于团聚,纳米颗粒与橡胶之间的界面相互作用差以及胶料加工性能差等棘手的问题。此外,低玻璃化温度且无定形等特性使得橡胶难于实现功能化应用。受高强高韧天然材料蜘蛛丝、贻贝等和双网络水凝胶中牺牲键概念的启发,华南理工大学郭宝春课题组通过在橡胶基体中构筑不可逆网络牺牲键和可逆金属-配位键等双网络和双交联结构,获得了一系列具有高强度高韧性的橡胶材料。当可逆金属-配位键作为牺牲键时,目标橡胶材料同时具有形状记忆功能。但是,由于牺牲键的引入会对橡胶硫化带来不可避免的影响,牺牲键增强橡胶的机理并没有得到精确地揭示。况且目前的研究仅限于几种预功能化的橡胶,如环氧天然橡胶,丁苯吡橡胶。


三唑啉二酮与双键的点击化学反应(TAD点击化学)在七十年代就有诸多报道。该反应具有在室温下无需催化剂反应超快的特征。此外,通过该反应引入的悬挂脲唑基团之间能形成分子内/间氢键。因此,TAD点击化学为在已交联的普通二烯烃橡胶中构筑可逆牺牲键提供了契机。

通过TAD点击化学制备一种兼具强韧机械性能和形状记忆功能的弹性体


华南理工大学郭宝春教授课题组通过三唑啉二酮-双键(TAD)点击化学反应在已交联的二烯烃橡胶中引入氢键牺牲键。这种先交联后改性的方法精确解释了牺牲键对橡胶材料性能的影响。此外,交联网络的“笼子效应”促使了反应的不均匀性。在低的脲唑含量下(相对于双键的摩尔分数为2.75%),形成了基于氢键的微相簇。这种特殊结构的微相簇,一方面在初始变形过程中等同于纳米颗粒有效增加橡胶材料的模量而在拉伸过程中作为牺牲键先被破坏,耗散能量,增加橡胶材料的断裂韧性;另一方面,具有高的玻璃化转变温度和宽的转变温域,赋予橡胶材料在高于室温范围内优良的三重形状记忆功能。为橡胶材料的补强和功能化提供了新的思路。


相关工作已发表在Macromol. Rapid Commun. (DOI:10.1002/marc.201600678)上。


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