【派迈大讲堂】聚双环戊二烯的热氧化-吸水率的变化

2020年5月1日，法国大学联盟HESAM Université的RICHAUD课题组在Polymer Degradation and Stability上发表了成果，通过聚双环戊二烯的热氧化来研究材料吸水率的变化。

聚二环戊二烯(PDCPD)中的非极性基团使材料对水保持良好的抗性，但许多实验结果表明，热氧化作用对聚合物的抗水性能有很大的影响，作者对聚二环戊二烯的吸水率，尤其是热氧化对其行为的影响做了相应的研究，发现未氧化的PDCPD与其非极性结构一致地几乎是疏水的。

在热氧化过程中，作者通过FTIR以及动态蒸汽吸附(DVS)对样品化学特性做出了相应的表征，发现亲水性随氧化时间而逐渐增加，这种增加与极性产物(主要是酮、羧酸、氢过氧化物、醇等)的积累有关，热氧化导致极性基团形成氧化产物，增加了聚合物的溶解度，从而降低了相互作用参数。产生的极性基团越多，相互作用参数值越小，与水的亲和性越高即具有更大的亲水性。同时也证实了无论氧化温度如何，氧化时间越长，PDCPD的吸水量增加得越多。

此外，对吸水机理的研究表明，吸附等温线不能用亨利定律来描述，无论水活性大小，平均簇大小都很低，可以忽略。因通过与Flory Huggins方程曲线拟合进行了比较，表面聚合物中的含水量可以用Flory Huggins方程来描述，PDCPD中的吸水率在此处考虑的所有条件下均符合Flory Huggins法。同时，当氧化水平增加时，水扩散率似乎降低。最后，作者通过将羰基浓度、水扩散率和水-聚合物相互作用参数联系起来的主曲线，提出了这些性质（水的体积分数、相互作用参数和水扩散系数）的变化与PDCPD热氧化过程中产生的极性基团（羟基和羰基）密切相关。相互作用参数降低，即低水分活度下的吸水量增加，最大吸水量也随着羰基浓度的增加而增加（尤其是羧酸的贡献）。最后作者提出，如果可以研究水对氧化机制的影响，那么预测PDCPD中氧化速率的动力学模型也许能预测使用过程中吸水率的变化状况，但首要是解决吸水对氧化PDCPD机械性能的影响。

参考文献：

J. HUANG, I. DERUE, P. Y L. GAC, E. RICHAUD, THERMAL OXIDATION OF POLYDICYCLOPENTADIENE - CHANGES IN WATER ABSORPTION, Polymer Degradation and Stability, 2020, 180, 109219.

撰文｜XH204

美编｜派迈新材料

审核｜派迈新材料