De bereiding en eigenschappen van Thermo-reversibel Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

Zwavel vulkaniseren en peroxide uitharden zijn momenteel de belangrijkste industriële-cross koppelen van technieken in de rubberindustrie, waardoor onomkeerbare chemische cross-links die smelt opwerking te voorkomen. ^{1, 2} A 'cradle to cradle' benadering van verknoopte rubbers recyclen vereist een materiaal dat gedraagt ​​zich permanent verknoopte rubbers bij bedrijfsomstandigheden, terwijl de verwerkbaarheid en volledige recyclebaarheid van een thermoplastisch bij hoge temperaturen. Een benadering van deze recycleerbaarheid bereiken gebruikt rubberachtig netwerken met omkeerbare verknopingen die reageren op een externe stimulus, zoals temperatuur (meest haalbare vanuit het oogpunt van toekomstige industriële toepassingen). ^3-5 De vorming van deze verknopingen bij relatief lage dienst temperaturen vereist voor goede mechanische gedrag van de rubber, terwijl de splitsing bij hoge temperaturen (vergelijkbaar met verwerkingstemperatuur van oorspronkelijke niet-verknoopte verbinding) maakt reCycling van het materiaal.

Enkele specifieke materialen kunnen reversibel gecrosslinkt door gebruik te maken van zogenaamde dynamische covalente netwerken via polycondensatiereacties ⁶ of zogenoemde reversibele netwerktopologie freezing via omesteringsreacties. ^7-9 Het nadeel van deze benadering is de noodzaak van het ontwerpen en synthetiseren van nieuwe polymeren in plaats van het aanpassen van bestaande, commerciële rubbers die al de gewenste eigenschappen hebben. Technieken om thermo-reversibel cross-koppeling rubbers betrekken waterstofbruggen, ionische interacties en covalente binding, zoals via thermisch geactiveerd disulfide herschikkingen. ^10-13 Onlangs, thermo-reversibele verknoping via Diels-Alder (DA) chemie werd ontwikkeld. ^{14 -21} DA chemie kan worden toegepast op een groot aantal polymeren en is een populaire keuze, vooral omdat de DA reactie maakt relatief snelle kinetiek en milde reactieomstandigheden. ^{17, 22-24} ThEIR lage koppeling en hoge temperaturen ontkoppelen maken furan en maleïmide uitstekende kandidaten voor omkeerbare polymeer cross-linking. ^{18-20, 25-28}

Het doel van dit werk is een werkwijze voor het gebruik van DA chemie als thermisch omkeerbare verknoping gereedschap voor industriële rubberproducten (figuur 1) te verschaffen. ⁵ Ten eerste, de reactiviteit van verzadigde koolwaterstof elastomeren zoals etheen / propeen rubbers (EPM), moet worden verhoogd. Een commercieel relevante voorbeeld dat dit vergemakkelijkt het peroxide geïnitieerde vrije radicalen enten van maleïnezuuranhydride (MA). ^29-34 tweede kan een furan groep op zodanige maleaat EPM rubber geënt door het inbrengen furfurylamine (FFA) in de hanger anhydride een imide. ^{35, 36} Ten slotte furan groepen die aldus zijn bevestigd aan de rubber ruggengraat kan dan deelnemen thermisch omkeerbare DA chemie als een elektron-rijke dieen. ^{25, 37} de elektronen poof bis-maleïmide (BM) is een geschikt diënofiel hiervoor verknopingsreactie. ^{19, 26, 38}

Figuur 1. Reactieschema. Furan enten en bismaleimide verknoping van EPM-g-MA rubber (met toestemming van ^5). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.