什么是嵌段共聚物
化学先生 / 2019-10-01
嵌段共聚物是由化学结构和性能不同的两种或两种以上大分子通过头-尾连接所形成的共聚物，每一种大分子链的重复单元至少为几十个以上。通常用A. B. C等来分别表示不同单元组成的链段。常用的表示方法有:
A-B A-A-B A-B-A (A-B)n (A-B)nX
其中，A-B表示两嵌段共聚物；A-B-C表示三嵌段共聚物，且每链段由不同的单体单元聚合面成；A-B-A 也表示三嵌段共聚物，但中间段为B嵌段，两端为A嵌段；(A-B)n 表示交替嵌段共聚物；(A-B)nX 表示星状嵌段共聚物，其臂数为n，核心为X，每一个臂均为A-B型嵌段共聚物。
在高分子科学发展的初期，关于嵌段共聚物的概念就已提出并发展了一些制备技术，但真正形成研究热潮并成为高分子工业的新领城，还是在1956年由Szware提出了活性阴离子聚合的概念和技术以后。1956 年Szware的研究报道称，在严格去除活性杂质的条件下，以萘钠为引发剂，将苯乙烯在四氢呋喃中聚合时，苯乙烯阴离子的红色不会自行消失。单体消耗完后，再加人单体，聚合可继续进行，故Szware将这种聚合反应称为活性阴离子聚合。既然阴离子活性不会自行消失，则在单体消耗完后再加人第二种单体，就会得到嵌段聚合物。在Szware发明这种活性阴离子聚合方法以后，他的学生Milkovich等人很快发展了制备三嵌段共聚物SBS的技术，并在60年代中期实现了这类热塑性弹性体的工业化。
活性阴离子聚合的最大特点:由于阴离子的稳定性，在清除了反应体系中杂质的条件下，不会发生链终止反应，即链活性可保持任意长的时间。一般阴离子引发反应很快，因此，引发剂一旦达到适合的条件，立即全部转化为活性种，并引发单体。这样，在链增长反应结束时，单体实际上是对引发剂分子平均分配的。因此，所得产物的分子量是均一一的，是可以按预期的数值合成的。通过改变加料方式，选用不同的偶合剂等，实际上可以制得一系列具有指定大分子构造、结构完全确定的共聚物。活性阴离子聚合除在实际生产中有重大应用价值外，又因其产物具有规整的指定结构，为高分子物理工作者提供了理想的研究对象，故自60年代后期以来，形成了对这类共聚物的合成、结构与性能等方面研究的热潮，有关文献数以万计。
1961年，Shell Chemical公司合成橡胶实验室的研究人员开始研究高顺-1,4-聚异戊二烯和高顺1,4-聚丁二烯的冷流和生胶强度低等问题，这两种聚合物都是用烷基锂作引发剂生产的。作为这个研究项目的一部分，他们制备了带有聚苯乙烯短嵌段的低相对分子质量聚异戊二烯和案丁二烯，即SI和SB两嵌段共聚物，这两种嵌段共聚物完全没有冷流现象，此后，他们又制备了SIS和SBS三嵌段共聚物，并将这两种嵌段共聚物热压成板材，然后测定生胶的力学性能，实验发现SIS和SBS试样的拉伸强度非常高、断裂伸长率非常大，井且回弹性也很好，尽管它们都未经硫化处理，但其性能却都与常规硫化橡胶类似。另外，试样还可溶于甲苯，这说明并未形成化学交联。
进一步的研究很快便判明这些三嵌段共聚物是一神非常有发展潜力的热塑性弹性体，并用微区理论对这种性能进行了解释:在固态时，由于聚苯乙烯和聚T二烯之间缺乏足够的相容性，因此较刚硬的聚苯乙烯末端嵌段聚集成硬的分散相(即微区)，面较柔软的聚丁二烯链段形成连续相。在这个体系中，聚苯乙烯微区实际上起到了物理交联点的作用，从面形成了与硫化橡胶相似的交联网络。SIS和SBS不仅具有优异的物理性能，面且还能热塑加工，因此具有极大的工业化前景。
SIS 和SBS 三嵌段共聚物型热塑性弹性体的发现虽然有一定的偶然性，但却是建立在大量基础研究背景之上的。1965年10月，苯乙烯-二烯烃三嵌段共聚物型热塑性弹性体商业化。1967 年，微区理论扩展到其他类型的嵌段共聚物的制备中。
20世纪50~ 60年代，Du Pont公司和Goodrich公司的科学家开始研究热塑性嵌段聚氨酯弹性体和高模量弹性纤维，并逐步推出了一批聚氨酯热塑性弹性体产品。目前，大家已公认热塑性嵌段聚氨酯能形成热塑性弹性体的原因也是由于它产生了相分离，形成了微区结构。
热塑性嵌段聚氨酯由两种嵌段构成:种 为硬嵌段，它是由扩链剂如丁二醉加成到二异氰酸酯如MDI上形成的；另种为软嵌段，由镶嵌在两个硬段之间的 柔软的长链聚醚或聚酯构成的，室温下，低熔点的软段与极性、高熔点的硬段是不相容的，从而导致微相分离。相分离的另外部分推动力是硬段的结品。 当加热至硬段的熔点以上时，热塑性嵌段聚氨酯形成了均的熔体， 可以用热塑加工技术进行加工，如注射成型、挤出成型、吹塑成型等。冷却后，硬、软段重新相分离，从面恢复弹性。
一般来说，软段形成连续相，并赋子热塑性嵌段聚氨酯以弹性，而硬段则起着物理交联点和增强填料的作用。受热时或在溶剂中，这种物理交联点消失、冷却或溶剂挥发后，重新形成交联网络。
近二十年来，活性聚合的研究十分活跃，为嵌段共聚物的合成提供了更多的方法和途径。嵌段共聚物的合成、结构与性能之间的关系研究也为活性聚合的发展提供了强有力的支持，已经成为高分子科学领城的大热点。
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