纤维素基刷状弹性体的构筑及其结构性能研究

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热塑性弹性体(TPEs)是一类在生活中被广泛应用的聚合物材料,它既可以表现出橡胶的弹性,又具有塑料易于加工的性能。瓶刷状聚合物(BBPs)是一类具有高密度侧链的接枝聚合物,由于大量的聚合物侧链被拴在聚合物主链上,使得这些聚合物分子看起来就像“瓶刷”。相比于其线性类似物,这类聚合物拥有独特的物理特性。通过合成精确结构和化学成分的BBPs,可以探索其一系列潜在的应用,如弹性体、有机光电材料和能量存储材料等。而在如今全球面临如何实现可持续发展的形势下,可再生资源的利用就显得尤为重要。纤维素是分布最广的天然高分子原料,其应用范围十分广泛,可用于包装材料、化妆品、服装以及过滤膜等一系列与人类息息相关的日常生活用品,也可作为代替石油基聚合物材料。基于以上背景,本文以纤维素为刚性主干通过可逆加成-断裂链转移聚合制备了一系列纤维素基瓶刷状聚合物弹性体,通过各种表征方法研究不同侧链对刷状弹性体性能的关系。其具体内容如下:(1)我们选择纤维素作为刚性骨架,而将源自植物油的丙烯酸月桂酯(LA)作为柔性侧链为材料提供延展性。但是由于丙烯酸月桂酯具有较长的侧链,使得侧链不易发生链缠结,因此引入部分丙烯酰胺(AM)结构单元为基体提供氢键,从而改善纤维素基刷状弹性体的性能。利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合,在聚合过程中调整LA/AM的摩尔比和纤维素含量,可以系统地调整纤维素-接枝-聚(丙烯酸月桂酯-co-丙烯酰胺)(Cell-g-P(LA-co-AM))瓶刷状弹性体的机械性能。纤维素和植物油基单体的结合可以为生物基弹性体的设计和合成提供新的思路。(2)虽然成功合成了Cell-g-P(LA-co-AM)瓶刷状弹性体材料,但是其强度和延展性受到限制。我们猜测是由于LA具有较长的烷基链造成的。因此,选用丙烯酸异辛酯(EHA)代替LA引入侧链,从而提高纤维素基瓶刷状弹性体的力学性能。通过RAFT聚合制备了一系列纤维素-接枝-聚(丙烯酸异辛酯-co-丙烯酰胺)(Cell-g-P(EHA-co-AM))瓶刷状弹性体,与Cell-g-P(LA-co-AM)瓶刷状弹性体相比,其力学性能显著提高,说明长烷基链的存在确实不利于这类瓶刷状弹性体的力学性能。
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