近期，橡塑模具国家工程研究中心团队在高分子领域知名期刊Macromolecules上发表了题为 “Memory Effect on the Form II to I Phase Transition of Isotactic Polybutene-1 in a Flow Field” 的研究论文，论文的第一作者为橡塑模具国家工程研究中心21级硕士生卫雯嘉，通讯作者为郑州大学苏凤梅副教授。

等规聚丁烯-1（iPB-1）被誉为塑料黄金，具有优异的耐蠕变、热稳定性，是性能最佳的热水管材料。iPB-1是一种典型的多晶型半结晶聚合物，在实际加工过程中，iPB-1熔体降温结晶首先生成亚稳态晶型II，在常温常压下晶型II会自发转变为更稳定的晶型I。晶型II-I转变使材料的熔点和力学性能得到显著提升，但晶型II-I转变需要数周的时间，这极大增加了工业生产周期和成本。因此，研究加工条件对材料晶体结构及晶型转变的影响，使其拥有更快的晶型II-I转变速率是极具有应用价值的。

图1 （a）S₁₂₆、（b）S₁₂₈、（c）S₁₃₀和（d）S₁₃₂相转变前20 h的1D WAXD曲线的演变。S₁₂₆、S₁₂₈、S₁₃₀和S₁₃₂分别表示T_m为126 ^oC、128 ^oC、130 ^oC、132 ^oC的样品。

本工作以加速iPB-1晶型II-I转变为实验目的，通过WAXD、DSC测试，并结合自制拉伸流变仪，研究了记忆效应在流动场条件下对iPB-1结晶与相转变动力学的影响。通过将初始晶型为晶型II的样品加热到不同的熔融温度（T_m），制备了含有不同有序结构的记忆熔体。结果表明，在没有施加流动场的情况下，记忆效应可以加速晶型II的结晶速率但对相转变动力学的影响有限。然而，流动场可以激活记忆效应对相转变速率的影响。晶型II-I的相转变速率随T_m降低显著加快，可以观察到S₁₂₆在20 h几乎已经完成相转变，而此时S₁₃₂中晶型I的信号仍然十分微弱（图1）。结合晶型I成核与生长速率可以进一步发现，记忆效应与流动场对相转变速率的影响主要是加速了晶型I的成核。究其原因，在高熔融温度（T_high）下处理样品时，熔体处于完全松弛的状态，而在低熔融温度（T_low）下处理样品，熔体中含有残存的有序结构。当施加流动场时，具有有序结构的熔体可以形成高取向度的晶型II，具有更多的联系分子来传递应力，从而加速晶型I的成核（图2）。

图2 不同T_m处理的iPB-1样品的后续拉伸和相转变示意图。

该工作证明了记忆效应和流动场的协同作用对加速iPB-1的相转变动力学起着至关重要的作用。在聚合物加工过程中，熔体不可避免地会受到拉伸和剪切的影响，这反过来又会影响聚合物产品的结晶形态、片层取向和最终性能。记忆效应证明了熔体结构的可控性和对相转变速率的影响，这将在聚合物加工过程中发挥重要作用。

该工作得到了国家自然科学基金（12072325）的资助支持。

论文信息：Memory Effect on the Form II to I Phase Transition of Isotactic Polybutene‑1 in a Flow Field. Wenjia Wei, Lincheng Ji, Heng Zhang, Yuru Zhang, Fengmei Su*, Chuntai Liu. Macromolecules, 2023.

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01809.