李勇进在多相多组份高分子界面功能化研究方面取得新进展

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利用反应性增容提高不相容共混物的相容性是高分子成型加工研究的重要课题，然而传统线型增容剂分子原位反应后形成的接枝分子结构对称性差，在熔体加工的剪切作用下易被“拉进（pull-in）”或“拉出（pull-out）”，远离界面，在一组份中形成胶束。这一过程不但降低了增容效率，而且极大地依赖于加工条件和工艺，造成制品结构和性能不稳定。针对这一问题，近年来杭州师范大学高分子工程与物理研究团队提出反应性梳型分子增容的新策略(ACS Sustainable Chem. Eng. 2015, 3, 2542；Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 2081；ACS Sustainable Chem. Eng. 2016, 4, 4480；ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 33091)，克服了传统反应性线型增容的缺点，实现了不相容共混物的高效增容，且增容后材料结构性能稳定。团队进一步将反应性梳型分子增容的原理拓展到“界面胶束增容” (ACS Macro Lett. 2015, 4, 1398；J. Phys. Chem. B 2016, 120, 9240)、“反应性杂化粒子增容”(Polymer 2017, 132, 353；高分子学报，2017，334)以及“反应性无机纳米粒子增容”(Macromolecules 2017, 50, 9494; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 14358; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 8411)等多种反应性增容的新模式。

在上述研究的基础上，团队拓展反应性增容的内涵，提出多相多组份高分子体系“界面增容”和“界面功能”一体化的策略，制备兼有良好力学性能和功能性的高分子复合材料。最近，团队成功实现无机纳米阻燃剂对不相容共混物的高效增容，制备了力学性能和阻燃性能同时获得显著提高的高分子复合材料。如图1所示，使用表面兼有反应性环氧基团和长PMMA链的勃姆石纳米棒作为聚乳酸/聚偏氟乙烯（PLLA/PVDF）共混物的反应性增容剂，在进行熔融共混过程中，PLLA末端羧基与勃姆石纳米棒表面的环氧基团发生反应，纳米棒原位形成Janus构造，处于两相界面，对PLLA/PVDF共混物起到高效增容作用。因此，增容后共混物相区界面显著增强，相区尺寸大幅度减小。

特别有意义的是，少量反应性勃姆石纳米棒不但大幅度提高了PLLA/PVDF共混物的力学性能，而且同时显著提高共混物的阻燃性能。与未增容共混物比，在PLLA/PVDF (30/70)的共混物中添加少量(5 wt%)反应性勃姆石纳米棒后，共混物在拉伸强度提高近一倍、断裂伸长率提高10倍的同时，极限氧指数提高33%（如图2所示）。研究表明，反应性勃姆石纳米棒上的PMMA链和PLLA链分别与PVDF和PLLA相的分子缠结，降低界面张力，提高两相的相容性，从而提高共混物的力学性能。同时，勃姆石纳米棒在界面上紧密堆积、形成良好的阻隔层，在燃烧过程中勃姆石脱水降低燃烧温度，并形成致密的金属氧化铝保护层，隔绝氧气和热，实现了共混物的“界面阻燃”，从而提高材料的阻燃性能。这一研究结果突破了长期以来使用金属氢氧化物作为阻燃剂时添加量大、严重降低材料力学性能的难题，为制备高性能无卤阻燃高分子复合材料提供了新的途径。

研究结果已在线发表在《Journal of Materials Chemistry A》上（J. Mater. Chem. A 2019, DOI: 10.1039/c8ta12233d），博士生傅志昂为论文第一作者，李勇进教授为通讯作者。该工作得到浙江省自然科学基金重大项目、国家自然科学基金与国家重点研发计划的资助。

论文链接：

http://dx.doi.org/10.1039/C8TA12233d