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北化蔣妮/甘志華教授團(tuán)隊(duì) Macromolecules:結(jié)構(gòu)可控的三嵌段共聚物PCL-b-PA6-b-PCL的合成與性能研究
2022-11-07  來(lái)源:高分子科技

  嵌段共聚物因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出與均聚物和無(wú)規(guī)共聚物不同的性質(zhì),可用作熱塑彈性體、共混相容劑、界面改性劑等。尼龍6(PA6)是一種具有高熔點(diǎn)且難溶于常規(guī)溶劑的聚合物,而高溫聚合過程中聚酰胺與聚酯容易發(fā)生酯酰交換等副反應(yīng),目前主要得到無(wú)規(guī)或多嵌段結(jié)構(gòu)的PA6基聚酯酰胺。因此,基于難溶難熔PA的、結(jié)構(gòu)明確的兩或三嵌段聚酯酰胺的合成一直是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。


 

圖1 三嵌段共聚物PCL-b-PA6-b-PCL的合成


  近期,北京化工大學(xué)蔣妮/甘志華教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了基于PA6的三嵌段聚酯酰胺PCL-b-PA6-b-PCL(圖1)。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)PA6在一定溫度下能夠溶解分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,基于此,將PA6作為大分子引發(fā)劑,通過溶液聚合的方法引發(fā)了己內(nèi)酯開環(huán)聚合,合成了一系列不同組成的三嵌段共聚物。溶液聚合和較低的反應(yīng)溫度最大程度避免了副反應(yīng)的發(fā)生。通過PA6末端基滴定、DOSY13C NMR等方法也證明了聚合物的三嵌段結(jié)構(gòu)(圖2),并結(jié)合1H NMRGPC確定了聚合物的分子量及其分布,證明了反應(yīng)的精確性和可控性。此外,團(tuán)隊(duì)研究了三嵌段共聚物的熱性能和結(jié)晶性能對(duì)組成的依賴性,并觀察到了彎曲球晶和環(huán)帶球晶的獨(dú)特形貌(圖3),這主要?dú)w因于PA6的引入對(duì)結(jié)晶過程中兩段結(jié)晶速率和相互作用的影響,包括PA6的成核和限制作用,相關(guān)更深入的研究也正在進(jìn)行中。同時(shí),PA6微域能夠作為物理交聯(lián)點(diǎn)起到增強(qiáng)PCL的作用,使得嵌段聚酯酰胺的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度提高到PCL的兩倍(圖4)。由于PCL可生物降解的特性,嵌段聚酯酰胺的降解行為同樣備受關(guān)注,結(jié)果顯示降解主要發(fā)生在PCL分子鏈部分,降解速率可通過PA6的含量調(diào)控(圖5)。這項(xiàng)工作為PA6基嵌段共聚物的合成提供了一種簡(jiǎn)單有效且溫和的策略。同時(shí),鑒于PA6的復(fù)雜且具有較寬結(jié)晶溫度范圍的特點(diǎn),該工作為一些基本物理問題的解決提供了良好的材料選擇。該工作以Facile Method for the Synthesis of PCL-b-PA6-b-PCL Using Amino-Terminated PA6 as a Macroinitiator and Its Characterization”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。文章第一作者是北京化工大學(xué)博士研究生竇媛媛蔣妮副教授和甘志華教授為本文通訊作者,該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金的支持。

 

圖2 三嵌段共聚物PCL-b-PA6-b-PCL的結(jié)構(gòu)表征


 

不同組成的PCL-b-PA6-b-PCL的結(jié)晶形貌


 

圖4 三嵌段共聚PCL-b-PA6-b-PCL的力學(xué)性能


 

圖5 不同組成PCL-b-PA6-b-PCL的降解行為


  原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01662

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