【海川化工科技前沿】青岛科技大学研究人员在高性能闭合循环热塑性弹性体方向取得新进展

海川老鱼 · 发表于 2026-3-13 15:34:39

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热塑性弹性体(Thermoplastic elastomers, TPEs)兼具橡胶高弹性与塑料易加工性,广泛应用于电子、医疗、航空航天等领域,2023年全球市场规模达251.5亿美元,且持续高速增长。但目前商用TPEs多以石油基原料制备,其碳-碳主链稳定难降解,带来严重的资源与环境问题。开发原料绿色、性能优异、可化学回收的新型TPEs,成为突破行业发展瓶颈的关键。

近年来,可化学循环TPE材料引发人们的广泛关注。这类材料在使用后可在特定条件下解聚得到单体,单体可重新用于聚合制备TPE,从而实现“聚合物-单体-聚合物”的闭合循环。但目前报道的可化学循环TPE材料仍然存在回收效率低、回收单体分离纯化复杂,材料性能难以满足实际应用需求等。

针对上述挑战,青岛科技大学沈勇/李志波团队提出一种新型高性能可闭环回收TPEs。该材料选用生物基β-甲基-δ-戊内酯(βMVL)和对二氧环己酮(PDO)为单体,通过一锅法顺序开环共聚制备,材料展现出优异的综合性能的同时,可以实现高效的闭环回收。

该研究以βMVL以及PDO为原料,采用有机碱/脲二元催化体系,通过一锅法顺序开环共聚,成功制备得到结构明确的ABA型三嵌段共聚物PPDO-b-PβMVL-b-PPDO(图1)。通过调控分子量、硬段体积分数和拓扑结构,实现了对材料性能的精准调控。制备得到的TPEs展现出优异的综合性能,力学性能优于部分商用SBS、SIS等苯乙烯类TPEs。其中三臂星型结构的TPE-6表现尤为突出,拉伸强度高达21.1 MPa,断裂伸长率达1054%,弹性回复率可达93.5%。TPE-6的玻璃化转变温度低至-45.2°C,在低温下仍保持良好弹性与柔韧性;其最高使用温度达81.3 °C,远高于此前报道的可回收TPEs(约40 °C),与商用SBS(YH-791,79.3 °C)、SIS(YH-1209,73.9 °C)的使用温度上限接近,弥补了可化学循环TPEs高温性能不足的短板,满足了多场景的实际应用需求(图1)。

在0.5 wt%辛酸亚锡催化下,材料在140 °C条件下本体解聚,通过减压蒸馏即可回收得到原始单体的混合物,单体比例与投料比一致,总收率高达94%。单体混合物可通过柱层析进行分离,分离后的单体重新聚合制备得到的TPE-R结构和性能与原始材料一致。另一方面,单体混合物也可以通过精馏进行分离,二次蒸馏后的粗单体(纯度97%的βMVL与纯度89%的PDO)直接共聚可以制备梯度嵌段共聚物(TPE-SR)。该材料的拉伸强度达11.9±1.2 MPa,断裂伸长率为1070±130%,弹性回复率为90.4±0.6%,最高使用温度为81.7 °C,综合性能仍能满足多数应用场景需求。相较于传统的柱层析分离回收策略,该方法操作简便、能耗低,更适合工业化放大生产。

相关成果以“High-Performance and Closed-Loop Recyclable Thermoplastic Elastomers from Sequential Ring-Opening Copolymerization of Biobased β-Methyl-δ-valerolactone andp-Dioxanone”为题发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。青岛科技大学博士研究生王丽颖为论文第一作者,青岛科技大学沈勇教授、李志波教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了**青年科学基金(B类)和山东省泰山学者项目的资助。

海川老鱼 · 发表于 2026-3-16 14:46:00