四川大学王玉忠院士团队《Macromolecules》封面：同时实现PET的促结晶与增韧改性

2023-11-24 来源：高分子科技

聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称PET或聚酯）是我国单一品种产量最大的高分子材料，因其优异的耐热性、电绝缘性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于纤维、薄膜和瓶片领域。但是PET主链刚性较大，链段运动迟缓，导致其结晶速度缓慢、成型时间长且加工模温高，同时PET的冲击强度较低，极大地限制了其在工程塑料领域的应用。目前研究主要集中在单一改善结晶性能或提高韧性，如何同时实现PET的促结晶与增韧改性仍是亟待突破的难题。

四川大学王玉忠院士团队在PET的功能化与高性能化方面已开展了三十多年的研究，研发了阻燃不熔滴、抗紫外、抗菌、高强高韧等一系列的PET聚酯新材料，在行业内具有广泛的产学研合作基础。近期，他们提出了通过化学共聚“杂呋喃单元”实现PET结晶性能与韧性同时改善的新策略。一方面，呋喃在结构上与苯环类似，都属于共轭结构且键长相近。因此，将呋喃单元引入PET聚酯链后，共聚酯的规整性和对称性保持较好，且由于呋喃比苯环具有更小的空间体积，使得共聚酯链的均方末端距减小，柔韧性增加。因此，呋喃作为共聚酯链中的“杂单元”，起到均相成核作用并加速晶体生长速率。与PET相比，共聚酯的结晶诱导时间更短，过冷度更低，结晶速率更快，结晶度更高。另一方面，呋喃单元同时调节PET共聚酯的一级化学结构、二级链构象和三级聚集态结构，使得共聚酯自发形成了长程有序的“叶脉”状结晶，进而提高了共聚酯的冲击韧性。仅需0.99 mol%的呋喃含量，PET共聚酯的结晶速率提高了1.8倍且冲击强度增加了4倍，表明这种基于源头化学结构设计的聚合物改性的超高效率。

图1. 含呋喃单元共聚酯的化学结构与结晶性能

图2. PET和共聚酯的力学性能与晶体形貌

图3. 共聚酯的促结晶及增韧机理研究

图4 该工作的《Macromolecules》封面

该工作以“Hetero-Furan Unit” Drives a Spontaneous Leaf-Vein Bioinspired Multiscale Design for Ultra-Robust, Lightweight, and Recyclable Polymers为题发表在《Macromolecules》（2023, 56, 8823-8833），并被遴选为当期的封面。第一作者为四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室的硕士研究生张鹏，通讯作者为陈琳研究员和王玉忠院士。相关研究工作得到国家重点研发计划（2021YFB3700203）和111计划（B20001）等资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01054

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（责任编辑：xu）

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