Boosting Natural Rubber Performance by Backbone Rigid Functionalization

天然橡胶 硫化 材料科学 表面改性 弹性体 韧性 固化(化学) 极限抗拉强度 聚合物 合成橡胶 复合材料 门尼粘度 模数 聚烯烃 丁二酰亚胺 抵抗 高分子化学 热固性聚合物 高分子科学
作者
Minghang Ji,Shan Tang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e1326350-e1326350
标识
DOI:10.1002/anie.1326350
摘要

Natural rubber relies on irreversible vulcanization to enhance material performance, but the resulting densely crosslinked networks resist breakdown, rendering conventional physical recycling methods ineffective. Developing backbone-level functionalization strategies that simultaneously improve performance and enable controlled deconstruction remains a fundamental challenge. Here we develop a backbone rigid functionalization (BRF) strategy to install rigid, polar cyclobutane units directly into natural rubber via catalyst-free [2+2] photocycloaddition. Incorporation of cyclobutane-fused succinimide units substantially enhances tensile strength and toughness. Simply varying the reaction time enables continuous tuning of material behavior from viscoelastic polymers to elastomers and plastomers. When combined with vulcanization, the polar-functionalized natural rubber yields high-performance thermosets with a five‑fold improvement in stress, Young's modulus and toughness relative to conventional vulcanizates. Notably, the cyclobutane-fused succinimide units undergo force-triggered cycloreversion upon bulk ball-milling, enabling vulcanized rubber with on-demand hydrolytic degradability. This single-step BRF process provides a practical pathway for accessing high-performance rubbers with on-demand degradability.
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