C–H Functionalization of Polyolefins to Access Reprocessable Polyolefin Thermosets

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作者
Eliza K. Neidhart,Mutian Hua,Zhengxing Peng,Logan T. Kearney,Vittal Bhat,Foad Vashahi,Erik J. Alexanian,Sergei S. Sheiko,Cheng Wang,Brett A. Helms,Frank A. Leibfarth
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27450-27458 被引量:96
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08682
摘要

Upcycling plastic waste into reprocessable materials with performance-advantaged properties would contribute to the development of a circular plastics economy. Here, we modify branched polyolefins and postconsumer polyethylene through a versatile C-H functionalization approach using thiosulfonates as a privileged radical group transfer functionality. Cross-linking the functionalized polyolefins with polytopic amines provided dynamically cross-linked polyolefin networks enabled by associative bond exchange of diketoenamine functionality. A combination of resonant soft X-ray scattering and grazing incidence X-ray scattering revealed hierarchical phase morphology in which diketoenamine-rich microdomains phase-separate within amorphous regions between polyolefin crystallites. The combination of dynamic covalent cross-links and microphase separation results in useful and improved mechanical properties, including a ∼4.5-fold increase in toughness, a reduction in creep deformation at temperatures relevant to use, and high-temperature structural stability compared to the parent polyolefin. The dynamic nature of diketoenamine cross-links provides stress relaxation at elevated temperatures, which enabled iterative reprocessing of the dynamic covalent polymer network with little cycle-to-cycle property fade. The ability to convert polyolefin waste into a reprocessable thermoformable material with attractive thermomechanical properties provides additional optionality for upcycling to enable future circularity.
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