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《Macromolecules》:取代基改变间规聚苯乙烯聚集态形成和转变

来源:高分子科学前沿|

发表时间:2022-09-16

点击:5083

中国科学院长春应用化学研究所门永锋研究员团队、崔冬梅研究员团队与日本丰田工业大学田代孝二教授经过多年合作,对优异的工程塑料——间规聚苯乙烯(syndiotactic polystyrene, SPS)开展一系列研究工作,在聚集态结构研究方面获得多个有意义的发现。


SPS表现出复杂的溶剂诱导结晶和相转变过程,即经典的无定型SPS受客体溶剂诱导形成含有螺旋构象分子链的SPS/溶剂络合δ晶体,除去溶剂分子后形成具有空穴结构的δe晶体,升温引发δ和δe晶体转化为γ晶体,并最终形成具有平面锯齿链的α或β晶体。研究团队对极高间规度的SPS及其衍生高分子进行晶体结构、结晶行为、晶型转变研究后发现,非客体溶剂诱导形成SPS的γ晶体向α或β晶体转变时,受初始γ晶片厚度的影响,可以选择性的形成结晶动力学不占优势的纯α晶体(Macromolecules 2018, 51, 497−503, Chinese J. Polym. Sci. 2018, 36, 749−755)。


更重要的是,他们精确解析了SPS衍生高分子,三种新型间规聚甲氧基苯乙烯(OMe-SPS),即ortho-、meta-、para-OMe-SPS的晶体结构。结果显示,取代基位置对晶体结构中分子链构象的稳定性和分子链堆砌具有明显影响(Macromolecules 2021, 54, 1881 − 1893)。同时,meta-OMe-SPS具有与SPS类似的溶剂诱导结晶和相转变行为,而ortho-、para-OMe-SPS并不具有类似现象。由于-OCH3取代基的作用,具有高结晶度和高取向度的meta-OMe-SPS甚至可以在溶剂分子的促进下发生固-固相转变,形成含有螺旋构象链的meta-OMe-SPS/溶剂络合δ晶体。除去络合物中的有机溶剂则可形成不具有空穴的γ晶体,而非δe晶体。而加热meta-OMe-SPS形成的δ晶体无法形成具有平面锯齿链的β晶体,而是直接熔融,这与SPS形成了明显区别(Macromolecules 2022, Accepted, doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01290)。



以上一系列研究表明,取代基对高分子的结晶和相转变过程具有明显的影响。更有意义的是,通过高分子化学与高分子物理研究的结合,可以进一步明确分子设计对高分子物理性能的影响,对高分子材料研究具有极大启发。以上研究中的晶体结构解析、结晶行为、晶型转变研究由王海副教授完成(现大连理工大学化工学院),材料合成和基本性能分析由吴春姬副研究员(长春应用化学研究所)、刘东涛教授(现东北师范大学化学学院)完成。以上研究得到了国家自然科学基金青年基金和面上项目的资金支持。


封面图源自于图虫创意


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