有效抑制开裂的聚合物微粒橡胶材料——不会劣化且可回收利用

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摘   要：研究小组使用由丙烯酸乙酯（一种丙烯酸酯单体，用作粘合剂和橡胶材料的原料）制成的微粒，制备了一种具有高拉伸性且不易开裂的微粒薄膜，同时具备高伸缩性和高强度这两个相互矛盾的特性。

关键词：聚合物微粒、橡胶、可回收、抑制开裂、丙烯酸乙酯

日本信州大学的研究小组开发出一种可有效抑制开裂的聚合物微粒橡胶材料，其不会劣化且可回收利用。

在这项研究中，作为尺寸为数十纳米的聚合物微粒，研究小组使用了分散在水中的胶体颗粒。胶体颗粒除了用于化妆品、涂料和纸张加工等领域外，还在智能手机等电子设备中用作填充部件之间间隙的垫片。

当对含有该颗粒的微粒分散液（合成胶乳）实施干燥时，微粒彼此相互熔接而形成微粒薄膜。在这项研究中，由于仅使用水和微粒，不使用有机溶剂，因此微粒薄膜中存在的微粒之间的界面(微粒间的粘合面)容易成为断裂点，存在脆弱性的问题。

另一方面，在强化该薄膜时，目前需要使用对环境和人体有害的添加物，或者实施特殊加工将填料等掺入材料中。因此，亟需一种不使用有害添加物的同时能够克服脆弱性的方法。

对此，该研究小组使用由丙烯酸乙酯（一种丙烯酸酯单体，用作粘合剂和橡胶材料的原料）制成的微粒，制备了一种具有高拉伸性且不易开裂的微粒薄膜。该薄膜同时具备高伸缩性和高强度这两个相互矛盾的特性。

研究小组进行了撕裂试验，研究了对微粒薄膜进行切割时的耐久性，结果发现，切口处产生的裂纹具有难以扩展的特性。

当在薄膜上的一处切割并进行拉伸时，正常的薄膜会从切口处持续开裂，并最终断裂。然而，如图所示，新开发的这种薄膜会延伸，从而阻止开裂。

本研究中，研究小组还合成了在微粒中引入了0.02mol.%轮烷分子的微粒。

采用引入了轮烷分子的聚合物微粒，形成微粒薄膜的工艺

研究小组通过小角X射线散射等技术研究了微粒薄膜的内部结构，结果发现，引入了轮烷分子微粒的聚合物链在微粒之间的界面处彼此深深地缠结，其程度与撕裂该微粒薄膜所需的能量相关。

研究小组还以不同的微粒薄膜撕裂速度进行了实验。结果发现，当缓慢拉伸时，切口的开裂会向不同方向扩展，而当速度加快时，这种现象不再出现。

此次使用的微粒薄膜可以通过浸泡在乙醇水溶液等低环境负荷的有机溶剂中来分解成单个微粒。其是一种可回收材料，通过蒸发具有高挥发性的乙醇，可以恢复到仅由聚合物微粒和水组成的微粒分散体的原始状态，并再次用于制膜。

通过本技术，有望实现既具有聚合物优点又具有高度安全性和耐用性的产品。对于体内使用的生物材料，需要不使用添加剂或有机溶剂的聚合物材料。

此外，轮烷交联剂具有与各种单体共聚的通用性，预计将进一步扩展其功能。

此外，研究小组还设想将本技术应用于更硬的聚合物或由更柔软的凝胶组成的微粒等各种聚合物材料中。

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