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《高分子学报》:长春应化所科研人员揭示仿生天然橡胶生胶的流变特性与链分子松弛机制
编辑:青促会   时间:2024-2-3

近日,长春应化所高分子科学与技术重点实验室杨小牛课题组叶峰研究员(第10批会员)徐晓雷副研究员(第13批会员)在分子水平上理解仿生天然橡胶的链结构和分子动力学研究方面取得新进展。研究团队通过流变学方法对比研究了仿生天然橡胶和高标号天然橡胶的线性黏弹行为和非线性应变松弛行为,揭示了非橡胶组分蛋白、磷脂等所产生的物理交联作用对于分子动力学行为的影响,为针对目标性能设计仿生天然橡胶的链结构和后续橡胶材料的精准加工提供了科学依据。

天然橡胶具有优异的综合机械性能,特别是高拉伸强度、高定伸强度是传统的合成异戊橡胶难以匹敌的,其中的非橡胶组分蛋白质和磷脂组成所产生的物理交联作用至关重要。对比天然橡胶的链结构和微观精细结构的特点,通过引入蛋白质、磷脂等方法对合成橡胶的分子链末端基团进行化学改性和仿生接枝,是制备仿生天然橡胶成为替代高性能天然橡胶的关键。如何在分子水平上认识仿生天然橡胶的链结构是橡胶分子设计和精准加工的关键。

团队通过流变学方法揭示了仿生天然橡胶的线性黏弹行为和非线性应变松弛行为,研究发现,非橡胶组分的引入对于线性松弛时间影响显著;而对于应变依赖的非线性松弛行为,仿生天然橡胶和天然橡胶都表现为在大应变条件下的衰减趋于一致,相对于Doi-Edwards模型预测更弱,均表现为Type-B行为。研究表明通过引入蛋白、磷脂进而调控链分子的结构可以实现仿生天然橡胶与天然橡胶更加接近的分子流变学行为,对于仿生天然橡胶分子流变学行为的理解有助于在宏观上揭示其高拉伸强度、高定伸强度、更强的应变结晶能力等行为的分子机制。

图片1.png图1 仿生天然橡胶(BMR)对比天然橡胶(NR)与合成异戊橡胶的(IR)的线性黏弹性储能模量和损耗模量(G', G")的准-主曲线(A)与损耗因子Tan δ (B),黏度对角频率的依赖性(C),以及非线性应变松弛的衰减行为(D).


该项工作以“仿生天然橡胶生胶的流变行为表征”为题发表在《高分子学报》上,该项工作黄绍永副研究员为第一作者,徐晓雷副研究员和叶峰研究员为通讯作者。该工作得到了中科院战略先导C、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。

 

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