近期，我室在《Macromolecules》上发表题为“Hetero-Furan Unit” Drives a Spontaneous Leaf-Vein Bioinspired Multiscale Design for Ultra-Robust, Lightweight, and Recyclable Polymers的研究论文（2023, 56, 8823-8833），并被遴选为当期的封面。四川大学为论文唯一署名单位，我室2020级硕士研究生张鹏为第一作者，陈琳研究员和王玉忠教授为通讯作者。相关研究工作得到国家重点研发计划（2021YFB3700203）和111计划（B20001）等资助。
【研究背景】
聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称PET或聚酯）是我国单一品种产量最大的高分子材料，因其优异的耐热性、电绝缘性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于纤维、薄膜和瓶片领域。但是PET主链刚性较大，链段运动迟缓，导致其结晶速度缓慢、成型时间长且加工模温高，同时PET的冲击强度较低，极大地限制了其在工程塑料领域的应用。目前研究主要集中在单一改善结晶性能或提高韧性，如何同时实现PET的促结晶与增韧改性仍是亟待突破的难题。
【主要内容】
四川大学王玉忠院士团队在PET的功能化与高性能化方面已开展了三十多年的研究，研发了阻燃不熔滴、抗紫外、抗菌、高强高韧等一系列的PET聚酯新材料，在行业内具有广泛的产学研合作基础。近期，他们提出了通过化学共聚“杂呋喃单元”实现PET结晶性能与韧性同时改善的新策略。一方面，呋喃在结构上与苯环类似，都属于共轭结构且键长相近。因此，将呋喃单元引入PET聚酯链后，共聚酯的规整性和对称性保持较好，且由于呋喃比苯环具有更小的空间体积，使得共聚酯链的均方末端距减小，柔韧性增加。因此，呋喃作为共聚酯链中的“杂单元”，起到均相成核作用并加速晶体生长速率。与PET相比，共聚酯的结晶诱导时间更短，过冷度更低，结晶速率更快，结晶度更高。另一方面，呋喃单元同时调节PET共聚酯的一级化学结构、二级链构象和三级聚集态结构，使得共聚酯自发形成了长程有序的“叶脉”状结晶，进而提高了共聚酯的冲击韧性。仅需0.99 mol%的呋喃含量，PET共聚酯的结晶速率提高了1.8倍且冲击强度增加了4倍，表明这种基于源头化学结构设计的聚合物改性的超高效率。
图1. 含呋喃单元共聚酯的化学结构与结晶性能
图2. PET和共聚酯的力学性能与晶体形貌
图3. 共聚酯的促结晶及增韧机理研究
图4 本工作的《Macromolecules》封面
原文连接：
https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01054
