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四川大學郭少云/張先龍團隊 Macromolecules：大分子斷鏈再續增強聚氨酯耐輻射性

2024-12-06 來源：高分子科技

在核工業、太空、放射醫療等場景中，環境中的高能輻射會加速聚合物的老化，降低其服役壽命及可靠性。高能射線主要通過引發輻射反應使聚合物性能下降，因此減少輻射反應的發生是目前聚合物耐輻射設計的主要出發點。而理論上，只要能保持分子鏈間相互作用就能實現聚合物宏觀性能的穩定，不必局限于抑制輻射反應這一種思路。從對大分子的影響上看，輻射斷鏈（降解）反應與輻射擴鏈（交聯）反應存在一定的逆反應關系，這種特性可以被用于實現聚合物材料的耐輻射。

近期，四川大學高分子研究所郭少云/張先龍團隊針對聚氨酯材料（PU）的輻射降解問題，提出了通過在分子鏈中引入輻射擴鏈（交聯）成分以實現對斷鏈的再續，從而保持材料在輻射下的性能。具體的，聚丁二烯分子鏈被作為輻射擴鏈反應成分引入輻射斷鏈型的聚醚聚氨酯中，合成了含有聚丁二烯鏈與聚醚鏈兩種軟段的聚氨酯大分子（圖1）。在γ輻射作用下，聚醚聚氨酯發生了明顯的輻射斷鏈反應，而聚丁二烯鏈的引入能夠借由輻射擴鏈（交聯）反應使斷鏈的大分子重新續接于其他大分子鏈上，極大的維持聚合物網絡（圖2）。進一步的性能測試顯示聚丁二烯鏈的引入能夠顯著延緩輻射對聚氨酯性能的劣化，提高材料耐輻射性。這種基于聚氨酯軟段的設計策略具有較寬的適用面，在不同硬段鏈的聚氨酯材料中均能發揮耐輻射作用（圖3）。此外還發現，可以通過改變聚合物中聚丁二烯成分的含量調節材料輻射特性，通常低含量聚丁二烯有利于斷裂伸長率的保持，高含量則有利于強度的保持。本研究工作為耐輻射聚合物的設計與改性提供了一種全新的思路。該工作以“Broken chain self-reconnection strategy enables radiation ultra-resistance of polyurethane” 為題發表在《Macromolecules》上。文章第一作者是四川大學博士汪家鼎。

圖1. 含聚丁二烯鏈的聚醚聚氨酯材料制備及表征

圖2. 聚氨酯分子鏈的輻射變化表征

圖3. 多種聚氨酯材料在輻射下的力學性能變化

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02557

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（責任編輯：xu）

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