福州大学林腾飞课题组MME：基于动态界面交联在高分子共混物中构筑纤维状织态结构

摘要：福州大学材料科学与工程学院林腾飞课题组将动态可逆共价键引入高分子共混物相界面处，在共混物的循环再生样中首次观察并报道了一种特殊的纤维状织态结构，研究还发现这类动态界面交联的共混物展现出良好的界面相容性和再生增强等特性。

关键词：Macromolecular Materials and Engineering, 福州大学, 动态界面交联, 高分子共混物, 循环回收，纤维状相结构, 再生增强

研究背景

高分子共混物的宏观性能极大依赖于其织态结构，因此精确调控其织态结构、提高界面相互作用尤为重要。目前文献已报道了球状、圆柱状、双层状、层片状、梯度多孔、海岛及双连续等共混物织态结构的制备方法及特性，以及通过引入动态硫化、Janus粒子、结构设计及改性等手段提高共混物相容性的方法。上述报道的共混物织态结构调控及增容技术有效推动了该领域的发展，但这类共混物往往不具备可回收再生特性、或是再生后性能劣化等问题。受近年来广泛研究的类玻璃高分子（vitrimers）启发，本工作将动态可逆共价键引入到共混物相界面处，研究发现对共混物的织态结构、界面相容性和可回收循环性等均产生重要影响。

文章简介

近期，福州大学材料科学与工程学院林腾飞科研团队，以聚乳酸（PLA）和环氧化天然橡胶（ENR）为主要原料，添加硫化剂丙烯酸锌（ZDA），抗氧剂4010NA，催化剂1,2-二甲基咪唑（DMI）及醋酸锌（Zn(Ac)2），采用双辊开炼、哈克转矩密炼和平板热压硫化的加工方法（如图1），制备了基于动态界面交联的ENR/PLA共混物。

图1. 基于动态界面交联的ENR/PLA共混物的制备过程

在本工作中，PLA的端羧基可与ENR中的环氧官能团反应生成β-羟基酯动态共价键，ZDA可与ENR发生oxa-Michael反应生成共价键，因而制备的ENR/PLA共混物兼具动态界面交联与内部共价交联的网络结构（如图2）。

图2. 基于动态界面交联的ENR/PLA共混物的交联结构示意图

研究发现，动态界面交联的ENR/PLA共混物历经三次循环再加工后，仍具有致密均一且完整的外观形貌，展现出优异的可回收循环性能（如图3a）。利用溶剂蚀刻法，还在第三次回收样品中首次观察到纤维状的织态结构（如图3b）。进一步对ENR/PLA共混物的力学性能测试发现，初始样品的拉伸强度及断裂伸长率为2.7 MPa 和165.1%，第三次回收样品的拉伸强度及断裂伸长率提高至10.7 MPa和209.9%，该方法制备的基于动态界面交联的ENR/PLA共混物展现出优异的再生增强特性（如图3c）。

图3. 基于动态界面交联的ENR/PLA共混物的（a）循环回收过程；（b）纤维状织态结构；（c）再生增强特性

总结及致谢

综上所述，本文通过将动态可逆共价键引入ENR/PLA共混物相界面处，在循环回收的共混物中再生样中首次观察到纤维状织态结构。同时，这种共混物还兼具良好的界面相容性以及再生增强等特性。上述工作对高分子共混物的织态结构调控、界面相容性及回收循环等提供了新的研究思路。相关论文发表在Macromolecular Materials and Engineering，论文第一作者为福州大学材料科学与工程学院硕士、西北工业大学物理科学与技术学院材料物理与化学专业博士生王瑾赟，通讯作者为福州大学材料科学与工程学院林腾飞讲师。

感谢国家自然科学基金（51803030）对本工作的支持；感谢福州大学石油化工学院江献财副教授、陈国旗硕士、硕士生胡沤东，华南理工大学材料科学与工程学院郭宝春教授、吴思武博士、张成峰博士等在分析测试方面提供的帮助；感谢张婷女士在科研绘图方面提供的技术支持。