利用嵌段共聚物来增容共混高分子,是一种简易有效的高分子改性策略。二十多年来,科学界广泛认为对称性两嵌段共聚物在热力学平衡状态下具有最佳的增容效果。然而,在动力学过程中,两嵌段共聚物的结构对称性对高分子共混体系的增容作用和机制还是未知。对称还是非对称,这是一个问题。
近期,南方科技大学陈忠仁教授团队利用阴离子聚合方法精准合成了一系列数均分子量相同(Mn)但具有不同嵌段比(非对称/对称)的聚丁二烯-b-聚异戊二烯(PB-b-PI)两嵌段共聚物(表1,图1-2),并以此共聚物与PB、PI的混合物为模型系统,通过微观形貌观测,流变学和力学测试相结合,研究了嵌段共聚物(BCPs)的组成对称性在动力学因素(不同共混顺序)下对PB/PI共混物增容性能的影响。
该研究工作表明,BCPs的加入降低了分散相(PB)的相尺寸(图3,图4,表2),同时打破了高分子加工性能和力学性能无法同时提升的魔鬼难题(trade-off),实现了其加工特性和力学性能的同时提升。即未硫化前,加入BCPs的共混物其加工粘度比未加入BCPs的共混物更低(图5);而硫化后,加入BCPs的共混物其动态力学性能(图6)、抗裂纹扩展能力(图7)、拉伸性能(图8)都比未加入BCPs的共混物更好。
图1 嵌段共聚物PB-b-PI合成路线
表1 嵌段共聚物PB-b-PI微观结构表征
图2 嵌段共聚物PB-b-PI的GPC (a) 和 1H-NMR (b)表征
图3 纯PB/PI共混物与PB/PB-b-PI/PI混合物未硫化样品的AFM-IR显微图
图4 纯PB/PI共混物与PB/PB-b-PI/PI混合物硫化后样品的AFM-IR显微图
表2 平均分散相尺寸计算结果
图5 纯PB/PI共混物与PB/PB-b-PI/PI混合物未硫化后样品的流变性能
图6 纯PB/PI混合物和PB/PB-b-PI/PI混合物硫化后样品的动态力学性能测试
图7 纯PB/PI混合物和PB/PB-b-PI/PI混合物硫化后样品的裂纹扩展性能
图8 纯PB/PI混合物和PB/PB-b-PI/PI混合物硫化后样品的单轴拉伸力学性能
图9 BCP在PB/PI界面分布机理图
图10 一锅法的对称BCP增容与不同顺序共混最优增容下的加工特性与动态力学性能对比
原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c00742
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