【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】極性聚烯烴因其優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的界面相容性和突出的粘附性，已成為一類重要的高性能材料。傳統(tǒng)制備方法主要通過后官能團(tuán)化或極性單體共聚，將極性基團(tuán)引入聚烯烴側(cè)鏈，但此類結(jié)構(gòu)通常難以實(shí)現(xiàn)化學(xué)回收。相比之下，主鏈型極性聚烯烴通過主鏈上官能團(tuán)的化學(xué)轉(zhuǎn)化，可實(shí)現(xiàn)材料的閉環(huán)循環(huán)。然而，這類聚合物的合成與性能研究仍相對有限，且常面臨合成效率低、分子量不高、力學(xué)性能不足等挑戰(zhàn)。
圖1 主鏈極性聚合物H-PO設(shè)計(jì)思路
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所唐勇/高彥山團(tuán)隊(duì)致力于利用乙烯、丙烯等大宗烯烴單體，發(fā)展可持續(xù)、功能化聚烯烴材料(J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 3931−3936; Nature Commun. 2024, 15, 1462; Prog. Polym. Sci. 2023, 143, 101713)。近期，與四川大學(xué)傅強(qiáng)教授合作，通過在聚烯烴主鏈中嵌入氨基甲酸酯基團(tuán)，成功開發(fā)出一種兼具高強(qiáng)度、高韌性且可閉環(huán)回收的新型聚烯烴彈性體H-PO，為可持續(xù)高性能高分子材料的設(shè)計(jì)提供了新思路(圖1)。研究團(tuán)隊(duì)以遙爪型雙羥基聚烯烴(tPO)和六亞甲基二異氰酸酯為原料，通過逐步聚合反應(yīng)在聚烯烴主鏈中引入了氨基甲酸酯鍵。合成聚合物分子量均高于50 kDa，并采用變溫紅外、SAXS、WAXD對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)表征(圖2)。
圖2 主鏈極性聚合物H-PO的合成與結(jié)構(gòu)表征
這些極性鍵不僅增強(qiáng)了分子間作用力，還形成可逆氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而顯著提升了材料的力學(xué)性能(圖3a-d)。所得聚合物分子量高達(dá)120.6 kDa，拉伸強(qiáng)度為30.8 MPa，斷裂伸長率超過3000%，同時(shí)具備優(yōu)異的韌性及彈性恢復(fù)能力。此外，氨基甲酸酯基團(tuán)的引入顯著增強(qiáng)了材料對金屬、環(huán)氧樹脂等極性基材的粘附性，為其在涂料、結(jié)構(gòu)膠粘劑等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了前景(圖3e)。同時(shí)，由該基團(tuán)參與構(gòu)建的可逆氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，為材料賦予了優(yōu)異的閉環(huán)循環(huán)能力。基于錳催化的氫解反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)高效回收，回收率超過95%，且再生材料性能得到基本保持(圖3g)。
圖3 主鏈極性聚合物H-PO的性能測試
該策略避免了傳統(tǒng)縮聚過程中脫除小分子副產(chǎn)物的繁瑣步驟，不僅簡化了合成工藝，更實(shí)現(xiàn)了從原料到產(chǎn)品、再回歸原料的完整循環(huán)。該研究不僅推動了主鏈型極性聚烯烴合成方法的發(fā)展，也為設(shè)計(jì)高性能、可持續(xù)、可循環(huán)的聚烯烴材料提供了全新路徑，有望在高端膠黏劑及彈性體等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。該工作以“Incorporating Carbamate Groups into Polyolefin Elastomers for High Performance and Closed-Loop Recyclability”為題發(fā)表在《J Am Chem Soc》上(J Am Chem Soc2025, 10.1021/jacs.5c18420)。文章第一作者是上海有機(jī)所博士后姜烜博士(2025年9月加入國科大杭州高等研究院擔(dān)任副研究員)與南方科技大學(xué)韓興旺副研究員。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、上海市科委等支持。
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