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四川大学郭少云/张先龙团队 Macromolecules:大分子断链再续增强聚氨酯耐辐射性
2024-12-06  来源:高分子科技

  在核工业、太空、放射医疗等场景中,环境中的高能辐射会加速聚合物的老化,降低其服役寿命及可靠性。高能射线主要通过引发辐射反应使聚合物性能下降,因此减少辐射反应的发生是目前聚合物耐辐射设计的主要出发点。而理论上,只要能保持分子链间相互作用就能实现聚合物宏观性能的稳定,不必局限于抑制辐射反应这一种思路。从对大分子的影响上看,辐射断链(降解)反应与辐射扩链(交联)反应存在一定的逆反应关系,这种特性可以被用于实现聚合物材料的耐辐射。


  近期,四川大学高分子研究所郭少云/张先龙团队针对聚氨酯材料(PU)的辐射降解问题,提出了通过在分子链中引入辐射扩链(交联)成分以实现对断链的再续,从而保持材料在辐射下的性能。具体的,聚丁二烯分子链被作为辐射扩链反应成分引入辐射断链型的聚醚聚氨酯中,合成了含有聚丁二烯链与聚醚链两种软段的聚氨酯大分子(图1)。在γ辐射作用下,聚醚聚氨酯发生了明显的辐射断链反应,而聚丁二烯链的引入能够借由辐射扩链(交联)反应使断链的大分子重新续接于其他大分子链上,极大的维持聚合物网络(图2)。进一步的性能测试显示聚丁二烯链的引入能够显著延缓辐射对聚氨酯性能的劣化,提高材料耐辐射性。这种基于聚氨酯软段的设计策略具有较宽的适用面,在不同硬段链的聚氨酯材料中均能发挥耐辐射作用(图3)。此外还发现,可以通过改变聚合物中聚丁二烯成分的含量调节材料辐射特性,通常低含量聚丁二烯有利于断裂伸长率的保持,高含量则有利于强度的保持。本研究工作为耐辐射聚合物的设计与改性提供了一种全新的思路。该工作以“Broken chain self-reconnection strategy enables radiation ultra-resistance of polyurethane” 为题发表在《Macromolecules》上。文章第一作者是四川大学博士汪家鼎


图1. 含聚丁二烯链的聚醚聚氨酯材料制备及表征


图2. 聚氨酯分子链的辐射变化表征


图3. 多种聚氨酯材料在辐射下的力学性能变化


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02557

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