张立群课题组：可重复加工、可自愈合和具有复杂形状记忆行为的高性能弹性体

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张立群教授与华南理工大学郭宝春教授联合在《ACS Macro Letters》发表题为Uniaxial Stretching-Induced Alignment of Carbon Nanotubes in Cross-Linked Elastomer Enabled by Dynamic Cross-Link Reshuffling的研究论文。
       类玻璃高分子(vitrimer)是一类由动态可交换共价键连接的交联聚合物网络，在外界刺激作用下可诱导动态共价键发生交换反应，使得交联网络发生重排，从而赋予其可重塑性和可再加工性，结合了热塑性和热固性聚合物两者的优点。本实验室在传统二烯烃橡胶中构建可交换键，结合网络结构设计，制备了可重复加工、可自愈合和具有复杂形状记忆行为的高性能弹性体(Macromolecules, 2017, 50, 7584-7592; ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 2992-3001; ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 24224-24231; Green Chemistry, 2018, 20, 5454-5458; ACS Macro Letters, 2019, 8, 193-199; Macromolecules, 2019, 52, 3805-3812)。

       碳纳米管(CNTs)作为功能性填料，加入到聚合物中后能显著提高其力学性能和导热性并赋予其导电性。然而，聚合物/CNTs复合材料的性能还未能达到理论预测值，其中一个主要的原因是CNTs在聚合物中随机分布。CNTs在聚合物中取向排列能进一步地提高复合材料性能。目前，在外场作用下(电场、磁场、剪切场)可以实现CNTs在聚合物中取向排列，但这些方法一般需要借助特殊设备且制备过程复杂。单轴拉伸聚合物/CNTs复合材料也可以诱导CNTs的取向排列，但该方法仅限于热塑性聚合物，无法应用于交联聚合物。
      本工作中，作者制备了动态硼酸酯键交联的环氧天然橡胶/CNTs (ENR/CNTs)复合材料。ENR/CNTs复合材料在高温下能通过硼酸酯键的交换反应实现网络重排并松弛应力。受此启发，作者采用单轴拉伸ENR/CNTs复合材料，在外力作用下ENR分子链和CNTs发生取向，取向的ENR分子链在高温下通过网络重排恢复到热力学稳定的无规构象，当释放外力后CNTs的取向被保留，从而制备了取向的ENR/CNTs复合材料。


      综上所述，本工作基于动态共价键网络的特性，实现了单轴拉伸诱导CNTs在交联网络中取向排列。该方法还可用于其它动态共价键交联网络体系和其它各项异性填料。
      ACS Macro Lett. 2019, ASAP Publication Date: November 29, 2019  https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.9b00836


      张立群，北京化工大学教授/博士生导师，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，人事部新世纪百千万人才工程国家级人选，第一届“万人计划”入选者，国家973项目首席科学家。北京市普通高校重点实验室“新型高分子材料的制备及成型加工”实验室主任。教育部弹性体材料节能与资源化工程中心主任。国家重点实验室“有机无机复合材料”副主任。教育部长江学者创新团队和国防科工局创新团队负责人。“聚合物工程”国家级教学团队负责人，国家精品课“聚合物加工工程”负责人。
       郭宝春，43岁，华南理工大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划领军人才，国家优秀青年基金获得者。多年来致力于橡胶材料研究，在国际期刊发表SCI论文140多篇，他引3000多次，获得授权发明专利16项。共同编著英文专著1部。在美国化学会年会和国际橡胶大会等国内外重要学术会议上作邀请报告20多次。曾获得中国石油和化学工业联合会青年突出贡献奖和中国化工学会侯德榜科技青年奖。


       二烯烃橡胶含两个碳碳双键的烃类化合物。通式为CnH(2n-2)，属于不饱和烃。根据分子中两个双键的相对位置可以分为：
      （1）累积二烯烃。分子中两个双键连在同一个碳原子上。
      （2）孤立二烯烃。分子中两个双键被一个以上的单键所隔开。
      （3）共轭二烯烃。分子中两个双键被一个单键所隔开。
      累积二烯烃数目很少。孤立二烯烃与一般烯烃性质相似。共轭二烯烃最为重要，具有某些不同于普通烯烃的性质。例如分子较稳定；能发生1,4-加成；比普通烯烃容易聚合。共轭二烯烃在合成橡胶上十分重要，例如：1,3-丁二烯自身聚合成顺丁橡胶；与苯乙烯共聚得丁苯橡胶；与丙烯腈共聚得丁腈橡胶。