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華南理工大學孫桃林教授團隊《Macromolecules》:拓撲結構可調的梳狀聚合物粘合劑
2023-02-18  來源:高分子科技

  粘合劑作為一種具有強粘結作用的軟物質材料,已被廣泛應用于智能電子、新能源與醫(yī)療等領域,在日常生活和工藝生產中發(fā)揮著重要作用,F(xiàn)階段,強粘合劑的設計策略主要集中于納米級填充物(如粘土、纖維素納米晶體、聚合物接枝納米顆粒等)的添加以及化學或物理鍵的選擇。從分子拓撲結構尺度來調節(jié)聚合物鏈之間互穿或纏結等物理連接作用,是制備高性能粘合劑材料的一種潛在策略。


  近期,華南理工大學華南軟物質科學與技術高等研究院孫桃林教授團隊利用ROMP合成了一系列梳狀聚合物PNB-g-(PEO-co-C6)。通過調節(jié)分子拓撲結構參數(shù)來增強梳狀聚合物側鏈之間的相互穿插作用,從而實現(xiàn)熔體的應變硬化行為。通過優(yōu)化結構參數(shù),發(fā)現(xiàn)梳狀聚合物對玻璃、PET、木材以及金屬等基材具有較好的粘結性,其中對玻璃的粘結性最好,可達~ 3 kJ/m2 


1 (a)梳狀聚合物由于側鏈的互穿作用而產生的強粘結劑;(b)梳狀聚合物PNB-g-(PEO-co-C6)的合成方法(c)梳狀聚合物的構象圖,以φ-1nsc表示。紅色和藍色部分分別對應瓶刷區(qū)和梳狀區(qū),邊界線由臨界擁擠參數(shù)Φ*確定。實心符號為本文合成的梳狀聚合物。


  梳狀聚合物的結構參數(shù)在其熔體的動態(tài)行為與性能中起著至關重要的作用。因此,了解其對線性流變行為的影響是控制聚合物熔體非線性粘附行為的前提。本文通過對梳狀聚合物的主鏈聚合度nbb、側鏈聚合度nsc以及側鏈摩爾含量fPEO三種結構參數(shù)的調節(jié),系統(tǒng)分析了其對終端流動時間、小變形下的零剪切粘度以及大變形下的粘附能的影響。研究表明,側鏈較長、主鏈聚合度較高、側鏈接枝密度較小的梳狀聚合物具有較高的終端流動時間和零剪切粘度,從而有利于材料表現(xiàn)出應變硬化行為和較高的粘附能。 


2結構參數(shù)對梳狀聚合物粘彈性特性的影響。(a)聚合物nbb-22.7-0.5nbb變化的流變動態(tài)主曲線;(b)具有不同nsc四個系列聚合物零剪切粘度η0nbb的關系;(c)聚合物250-nsc-0.5nbb變化的流變動態(tài)主曲線;(d)具有相似nbb的三個系列聚合物零剪切粘度η0nbb的關系;(e)聚合物390-8-fPEOfPEO變化的流變動態(tài)主曲線;(f)具有相似nbb的三個系列聚合物零剪切粘度η0fPEO的關系; 


脫粘速度為20 mm/s的粘結試驗,研究結構參數(shù)對梳狀聚合物粘附性能的影響。(a)不同nbbnbb-17-0.5樣品的應力-伸長曲線。插圖顯示了脫過程中纖維狀結構的形成;(b)具有不同nsc四個系列聚合物粘附Wadhnbb的關系;(c)不同nsc190-nsc-0.5樣品的應力-伸長曲線;(d)具有相似nbb的三個系列聚合物粘附Wadhnsc依賴關系;(e)不同fPEO170-12.5-fPEO樣品的應力伸長率;(f)具有相似nbb的兩個系列聚合物粘附WadhfPEO的關系。


  進一步研究發(fā)現(xiàn),樣品的粘附能主要受其松弛動力學特性控制,而與其拓撲結構參數(shù)和微相分離程度無關。在不加任何填充物與化學鍵的前提下,梳狀聚合物的粘附能在時達到 ~3kJ/m2的粘接強度。該研究表明可以從分子拓撲結構上來設計更強的粘合劑材料。

 

不同結構參數(shù)梳狀聚合物在不同應變速率(0.002~20 s-1)和不同溫度(5 , 10 ℃, 25 ℃, 40 ℃)下的粘附能與的關系,參考溫度為T0= 25 ℃。


  相關成果以“Topology and Dynamic Regulations of Comb-like Polymers as Strong Adhesives”為題發(fā)表在高分子專業(yè)期刊Macromolecules》上。華南理工大學博士研究生范志瑋為第一作者,華南理工大學華南軟物質科學與技術高等研究院孫桃林教授通訊作者。該工作得到國家自然科學基金和廣東省引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊計劃等項目的支持。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.2c01851

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(責任編輯:xu)
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