通过Ca2+配位交联实现rPVB的力学性能、形状记忆效应与离子电导率协同提升

本研究针对废弃聚乙烯醇缩丁醛（rPVB）回收难题，通过熔融共混构建rPVB/CaCl2·nH2O配位交联体系。研究发现Ca2+与PVB羟基形成配位键显著提升材料存储模量、玻璃化转变温度（Tg）和力学性能，当CaCl2·nH2O添加量为10 wt%时形状固定率（Rf）和恢复率（Rr）均超93%，离子电导率达4.24×10?5 S/cm，为rPVB在智能材料与储能领域的应用提供新策略。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，废弃聚合物的回收与高值化利用成为材料科学领域的重要议题。其中，聚乙烯醇缩丁醛（Poly(vinyl butyral), PVB）作为一种广泛应用于玻璃夹层和包装材料的高分子，其废弃产物（rPVB）因交联结构缺失导致力学性能与热稳定性不足，难以直接回收利用。传统的化学交联方法虽能改善性能，但往往以牺牲材料可逆性与功能多样性为代价。如何通过绿色高效的手段实现rPVB的多功能协同提升，成为研究者面临的关键挑战。

在这一背景下，郑州大学材料科学与工程学院张浩荣等人发表于《Reactive and Functional Polymers》的研究，提出了一种基于Ca²⁺配位交联的创新策略。该工作通过简单的熔融共混工艺，将水合氯化钙（CaCl₂·nH₂O）引入rPVB体系，利用Ca²⁺与PVB链上的羟基形成动态可逆配位键，构建了具有增强热机械性能、优异形状记忆效应和显著离子导电性的多功能材料。

研究团队通过扭矩流变仪（Torque Rheometry）、衰减全反射红外光谱（ATR-IR）、差示扫描量热仪（DSC）、动态力学分析（DMA）、流变学测试（Rheometry）和电化学阻抗谱（EIS）等多技术联用，系统揭示了配位交联网络的构建机制与性能调控规律。实验所用rPVB样本来源于工业回收料，CaCl₂·nH₂O为试剂级原料，经熔融共混后压制成膜用于后续测试。

研究结果

• •
  交联机制验证：ATR-IR光谱显示随着CaCl₂·nH₂O添加，PVB羟基特征峰发生位移与强度变化，证实Ca²⁺与—OH形成配位键。扭矩流变仪中熔体扭矩上升表明交联密度增加。
• •
  热性能与机械性能提升：DSC与DMA测试表明，随CaCl₂·nH₂O含量增加，材料的玻璃化转变温度（T_g）从纯rPVB的62.5°C最高提升至76.2°C，存储模量（E′）在玻璃态区显著提高，拉伸强度与韧性同步增强。
• •
  形状记忆性能优化：当CaCl₂·nH₂O添加量为10 wt%时，材料表现出优异的形状记忆行为，形状固定率（R_f）达93.5%，形状恢复率（R_r）达94.2%，归因于可逆配位键作为固定相与弹性网络协同作用。
• •
  离子电导率突破：EIS测试显示材料离子电导率随CaCl₂·nH₂O含量增加而上升，最高达4.24×10^?5 S/cm，表明配位交联网络为离子迁移提供了有效通道。

结论与意义

该研究成功构建了一种基于Ca²⁺配位交联的rPVB功能化改性策略，首次在单一体系中同步实现了热机械性能、形状记忆效应与离子导电性的协同提升。可逆配位键的引入不仅增强了材料刚性，还赋予其动态响应特性，为智能形状记忆材料的设计提供了新思路。所获得的离子导电性拓展了rPVB在固态电解质、柔性传感器等储能与电子器件中的应用潜力。该工作不仅为废弃PVB的高值化回收提供了理论基础与技术路径，更为绿色可循环高分子材料的多功能化设计提供了普适性策略。