Rational Design of Ionomer Microstructures for Thermally Reprocessable Materials with Creep Resistance and Recoverability

材料科学 离子键合 复合材料 聚合物 蠕动 微观结构 共聚物 材料设计 热的 工作(物理) 离子 离聚物 基质(化学分析) 热稳定性 微观力学 聚合物混合物
作者
Chia-Chi Tsai,Hanwen Fan,Yuxiao Zhou,Shuyi Xie
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:5 (12): 6324-6333
标识
DOI:10.1021/jacsau.5c01317
摘要

Designing dynamic polymer networks that resist creep while remaining reprocessable is a central challenge in sustainable polymeric materials development. Here, we report charge-neutral diblock copolymers (i.e., ionomers) with 18 mol % ammonium chloride that combine high creep resistance and recoverability (>90% recovery after five creep cycles) with thermal processability (compression moldable at 80 °C), outperforming conventional statistical ionomers that soften at elevated temperatures due to ion dissociation. Unlike the 1-3 nm ionic clusters formed in statistical ionomers, these diblock ionomers self-assemble into an inverse hexagonal (iHEX) morphology where glassy ionic domains form the continuous matrix and rubbery neutral domains form the cylinders. The rigid ionic scaffold and large interdomain spacing (>30 nm) substantially extend chain pull-out times and interdomain diffusion, imparting elasticity, while the unentangled flexible blocks within the rubbery cylinders enable processability. By demonstrating that precise control over ion distribution can convert a thermoplastic-like ionomer into a reprocessable elastomer, this work establishes a general design principle for creating nanostructured dynamic polymers with enhanced mechanical integrity, recoverability, and sustainability.
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