安农大蒋峰副教授/马里兰大学王浩教授 Chem. Mater.: 稀土配位构筑力学和光学性能可调的两嵌段弹性体材料

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随着高分子化学的发展，基于三嵌段、星型、梳形和环状等构型的热塑性弹性体被广泛研究。但是，却鲜有关于两嵌段聚合物热塑性弹性体的报道，这是由于两嵌段聚合物只有一端被固定了，在发生形变的过程中不能维持施加的应力，导致力学性能很差，不适合用作弹性体材料。

近日，安徽农业大学生物质分子工程中心蒋峰副教授与马里兰大学王浩教授通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合和稀土配位的方法，构建了一系列具有优异力学性能和荧光性能的两嵌段弹性体材料。通过控制软硬段之间的分子量以及稀土离子比例可以高效控制弹性体材料的强度、韧性以及多变的荧光性能。通过稀土配位，两嵌段弹性体的拉伸强度最高可达10.6 MPa,拉伸韧性可达32 MJ/m³,并且在紫外光照下材料可以在红色和绿色荧光之间进行有效的调控。通过原位小角X-射线散射（SAXS）实验研究了这种两嵌段荧光弹性体在不同拉伸过程中的结构演化，揭示了其在拉伸和回复过程中硬段相聚集体之间的距离变化。相关工作以“Synergistically Tailoring Mechanical and Optical Properties of Diblock Copolymer Thermoplastic Elastomers via Lanthanide Coordination”为题发表在《Chemistry of Materials》上。其中安徽农业大学的硕士研究生王志强为论文的共同第一作者。

图1.两嵌段荧光弹性体的设计路径

在这项工作中，如图1所示，研究者通过RAFT聚合合成了聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚（丙烯酸正丁酯-r-1-乙烯基咪唑）这样一个两嵌段聚合物作为模型聚合物（PMMA-b-P(BA-r-VI)），在这个聚合物中玻璃化转变温度较高的PMMA可以与软段基体发生微相分离，而软段中引入的咪唑基团可以与稀土离子发生络合形成超分子网络结构。选用可以发红色荧光的铕离子（Eu³⁺）和发绿色荧光的铽离子（Tb³⁺）与咪唑基团进行配位，通过调节两种离子之间的比例得到具有不同力学和荧光性能的基于两嵌段聚合物的弹性体材料（见图2）。引入稀土离子与两嵌段聚合物中的咪唑基团进行配位后，可以显著提高材料的强度和韧性，并且不会降低其延展性和弹性。这些弹性体具有典型的微相分离结构，PMMA可以在基体中形成纳米微球为材料提供强度。在拉伸过程中，这些PMMA纳米微区可以沿着拉伸方向进行取向，并且这种取向是可回复的。这种制备基于两嵌段聚合物的高强度荧光弹性体的方法可以进一步应用至其它拓扑结构的聚合物体系。

图2.两嵌段荧光弹性体的力学和荧光性能测试

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c03264

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