【儀表網 研發快訊】極性聚烯烴因其優異的機械性能、良好的界面相容性和突出的粘附性，已成為一類重要的高性能材料。傳統制備方法主要通過后官能團化或極性單體共聚，將極性基團引入聚烯烴側鏈，但此類結構通常難以實現化學回收。相比之下，主鏈型極性聚烯烴通過主鏈上官能團的化學轉化，可實現材料的閉環循環。然而，這類聚合物的合成與性能研究仍相對有限，且常面臨合成效率低、分子量不高、力學性能不足等挑戰。
圖1 主鏈極性聚合物H-PO設計思路
中國科學院上海有機化學研究所唐勇/高彥山團隊致力于利用乙烯、丙烯等大宗烯烴單體，發展可持續、功能化聚烯烴材料(J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 3931−3936; Nature Commun. 2024, 15, 1462; Prog. Polym. Sci. 2023, 143, 101713)。近期，與四川大學傅強教授合作，通過在聚烯烴主鏈中嵌入氨基甲酸酯基團，成功開發出一種兼具高強度、高韌性且可閉環回收的新型聚烯烴彈性體H-PO，為可持續高性能高分子材料的設計提供了新思路(圖1)。研究團隊以遙爪型雙羥基聚烯烴(tPO)和六亞甲基二異氰酸酯為原料，通過逐步聚合反應在聚烯烴主鏈中引入了氨基甲酸酯鍵。合成聚合物分子量均高于50 kDa，并采用變溫紅外、SAXS、WAXD對其結構進行了系統表征(圖2)。
圖2 主鏈極性聚合物H-PO的合成與結構表征
這些極性鍵不僅增強了分子間作用力，還形成可逆氫鍵交聯網絡，從而顯著提升了材料的力學性能(圖3a-d)。所得聚合物分子量高達120.6 kDa，拉伸強度為30.8 MPa，斷裂伸長率超過3000%，同時具備優異的韌性及彈性恢復能力。此外，氨基甲酸酯基團的引入顯著增強了材料對金屬、環氧樹脂等極性基材的粘附性，為其在涂料、結構膠粘劑等領域的應用開辟了前景(圖3e)。同時，由該基團參與構建的可逆氫鍵交聯網絡，為材料賦予了優異的閉環循環能力。基于錳催化的氫解反應可實現高效回收，回收率超過95%，且再生材料性能得到基本保持(圖3g)。
圖3 主鏈極性聚合物H-PO的性能測試
該策略避免了傳統縮聚過程中脫除小分子副產物的繁瑣步驟，不僅簡化了合成工藝，更實現了從原料到產品、再回歸原料的完整循環。該研究不僅推動了主鏈型極性聚烯烴合成方法的發展，也為設計高性能、可持續、可循環的聚烯烴材料提供了全新路徑，有望在高端膠黏劑及彈性體等領域發揮重要作用。該工作以“Incorporating Carbamate Groups into Polyolefin Elastomers for High Performance and Closed-Loop Recyclability”為題發表在《J Am Chem Soc》上(J Am Chem Soc2025, 10.1021/jacs.5c18420)。文章第一作者是上海有機所博士后姜烜博士(2025年9月加入國科大杭州高等研究院擔任副研究員)與南方科技大學韓興旺副研究員。該研究得到國家自然科學基金委、中國科學院、上海市科委等支持。
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