新型刚性主链或纳米颗粒接枝热塑性弹性体合成及其结构性能关系

This project is based on incorporation of the plentiful renewable resource, cellulose or rigid inorganic nanotubes or synthesized nanoparticles, which act as physical crosslinking points for the prepartion of novel high performance graft thermoplastic elastomers synthesized through the graft polymerization, and for the preparation of conductive thermoplastic elastomers through blending method. Various techniques such as NMR, FTIR, DSC,TEM, SEM, light scattering, DMA, TGA, DLS, SAXS and WAXD, tensile tests and dynamic rheology will be applied to study the influences of cellulose rigid backbone chains and/or rigid nanotubes or nanoparticles on the enhancements of mechanical properties and the network structure changes during tensile deformation and elastic recovery processes, which help disclose the structure-property relationships for these types of novel thermoplastic elastomers. The novel electron conductive thermoplastic elastomers can be further prepared through the structural designing for the studies on the coherent changes of the electron conductivity and thermomechanical properties, and the relationships between the macromolecular chain structures, phase morphology and microphase separation. Through obtaining the suitable processing conditions, the enhancements of mechanical properties of these types of thermoplastic elastomers would be realized.This project is based on the fundamental research with the goal of realizing the applications of these high performance thermoplastic elastomers, some eventually with applicable electron conductivities.

本项目立足于以丰富的可再生资源纤维素或刚性无机纳米管或纳米颗粒引入作为物理网络凝胶点，通过可控接枝聚合方法制备新型高性能化热塑性弹性体材料，并通过掺杂方法制备新型导电热塑性弹性体，通过核磁共振、红外光谱、差式扫描量热分析、透射电镜、扫描电镜、光散射、动态热机械分析、热重分析、动态光散射、小角X-射线散射和衍射、力学性能拉伸测试以及动态流变学等技术，研究纤维素刚性主链或刚性纳米颗粒对热塑性弹性体性能的影响及拉伸和弹性回复过程中的网络结构演化，从根本上揭示其结构与性能的相互关系；通过结构化设计制备出新型的导电热塑性弹性体，研究其导电性及热机械性能协同变化，探索其分子链结构与相形态及微相分离之间的关系；探寻适宜加工工艺参数，实现该类新型热塑性弹性体结构和性能优化。本项目从基础研究出发，最终落实到高性能热塑性弹性体材料和导电热塑性弹性体材料的开发和应用，兼具理论和应用价值。

本项目基于丰富可再生资源纤维素或刚性纳米粒子引入作为物理网络交联点，通过可控接枝聚合在刚性主链上接枝橡胶类分子侧链，形成主链为分散相，侧链为基体相的新型高性能热塑性弹性体。在本基金支持下，制备了以纤维素为主链，异戊二烯为侧链的仿生皮肤弹性体和高弹性仿生蛋白弹性体，该设计将纤维素和天然橡胶这两种具有鲜明力学性能差异的天然高分子材料有机地结合在一起，通过控制合成方法以及矿物油塑化和机械循环拉伸形变处理对设计的弹性体微观结构和力学性能进行精细地调控；以大豆油和纤维素纳米晶为原料，通过表面引发原子转移自由基聚合和“点击”化学制备了一种新型化学交联网络和动态物理交联网络的双网络纳米复合材料，具有多响应性和多形状记忆性；制备了多壁碳纳米管或Fe3O4磁性纳米粒子接枝共聚物复合热塑性弹性体，以丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物作为接枝侧链，多壁碳纳米管或Fe3O4磁性纳米粒子分散在接枝的软基质中作为物理交联点，简单调整共聚单体的原料摩尔比和多壁碳纳米管的引入含量，获得具有高拉伸强度和弹性回复性能优异的复合热塑性弹性体；采用可逆加成-断裂链转移聚合制备了一系列的软-硬-软的三嵌段聚合物，研究了微相分离动力学并通过流变学研究确定了有序-无序转变温度，提出了不同于普遍被接受的硬-软-硬嵌段聚合物设计思路；用硼酸对不同分子量的羟基封端聚二甲基硅氧烷改性得到聚硼硅氧烷，调节聚硼硅氧烷网络结构和粘弹性性能。以上内容研究了纤维素刚性主链或刚性纳米颗粒对热塑性弹性体性能的影响及拉伸和弹性回复过程中的网络结构演化，从根本上揭示其结构与性能的相互关系；探索了弹性体分子链结构与相形态及微相分离之间的关系。本项目从基础研究出发，最终落实到高性能热塑性弹性体材料和导电热塑性弹性体材料的开发和应用，兼具理论和应用价值。