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科研进展

王玉忠院士团队实现通用聚酯PET的智能化与高性能化

访问量: 2020-03-10

 

智能高分子材料因其能够感知外界刺激,并迅速做出响应以改变自身物理或化学性质,成为各国研究人员关注的热点,其中形状记忆聚合物(SMPs)和自修复聚合物(SHPs)表现出广泛的应用前景。但是,智能高分子材料本身的的高成本、低产率、易燃性等问题,限制了它们的应用领域。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)作为一种通用型热塑高分子,因其优异的性能得到了广泛应用,但并不具有智能响应性。因此,实现PET的智能化和高性能化,赋予其额外的高附加价值,具有重要的经济效益和现实意义。

近日,王玉忠院士团队通过分子结构,在PET分子链侧基上引入苯酰亚胺-苯乙炔基团,采用简单的一锅熔融缩聚方法制备了具有高强度(拉伸强度提高45.0%)、形状记忆性能、自修复性能和阻燃性的共聚酯P(ET-co-PN)n,同时该共聚酯可适用于3D打印技术。

 

图5. PET共聚酯的制备过程及苯乙炔基团间的π-π堆积作用

苯乙炔基团间的物理π-π堆积作用不仅可以作为形状记忆的固定相,亦可以作为自修复过程中的动态交联点,同时赋予共聚酯优异的形状记忆性能和自修复性能。在燃烧时,苯乙炔基团不仅会发生自交联,亦可与苯酰亚胺基团分解产生的氰基结构发生协同交联,大幅提升共聚酯的熔体黏度并促进成炭,起到阻燃效果。进一步利用共聚酯的形状记忆性能和阻燃性,设计出早期火灾预警装置,具有很短的响应时间(< 5 s)。此外,所得共聚酯可用于3D打印技术制备不同形状的几何模型,且制备的3D模型具有很好的形状记忆性能。 

图6. PET共聚酯的形状记忆性能和自修复性能

 

图7. PET共聚酯的阻燃性能及在早期火灾预警方面的应用

 

图8. PET共聚酯在3D打印方面的应用

此研究得到国家自然科学基金重点项目(21634006)等项目的资助。该工作以《3D printable robust shape memory PET copolyesters with fire safety via π-stacking and synergistic crosslinking》为题发表于Journal of Materials Chemistry A。该文的第一编辑是王玉忠院士的博士研究生陈琳,通讯编辑是王玉忠教授汪秀丽教授

 

论文链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta04187g#!divAbstract

 

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