高分子橡胶被应用于国民生活各领域，高性能橡胶材料的加工和制备一直是高分子材料领域的重要研究方向。早在上世纪50年代，科学家们已经认识到不管是天然橡胶还是合成橡胶必须添加炭黑、无机颗粒等填料以增强橡胶的硬度和强度，才能满足实际应用对力学性能需求。此后，橡胶增强现象受到了高分子物理学家以及材料科学家的关注。然而，到目前为止，橡胶增强的原因和分子机理并未得到阐明。这在一定程度上阻碍了橡胶工业的进一步发展。近年来，一些科学家提出高分子链在无机填料界面吸附对于橡胶增强起到重要作用。一般认为，高分子链吸附在无机填料界面，形成一层纳米厚度的吸附层。吸附层内高分子链的分子运动能力很弱。当受到外力后，吸附层将应力传递到无机填料界面，使得橡胶能够承受更大应力，强度增强。然而，这一猜测并未获得实验的直接证实；甚至有部分实验结果发现界面吸附链分子运动能力增强。橡胶/无机填料界面分子构象及构象松弛的研究对于揭示橡胶增强机理具有重要意义。

我们课题组利用具有界面准单分子层敏感度的和频振动光谱（SFG）原位研究氧化硅/丁苯橡胶（苯乙烯-丁二烯无规共聚物）界面分子链构象及其构象演变行为。结果发现，高分子链以伸直链构象平躺在氧化硅表面，橡胶分子链上的苯环、乙烯基等在界面有序取向。当在高于橡胶玻璃化温度（T_g）约140K下进行热处理，高分子链开始发生协同运动，伸直的高分子链逐渐回缩，部分链段吸附在基底表面，形成环状（loop）吸附构象。并且，界面分子链发生运动的温度还依赖于橡胶薄膜的成型方式；旋涂成膜法（spin-coating）制得橡胶界面分子运动能力比溶液浇铸法（solvent-casting）制得薄膜运动能力强，其原因与界面残余应力相关。该研究结果首次揭示了橡胶/无机填料界面高分子链的松弛机理，阐明了界面吸附层的动态形成过程。

该工作以Conformational Relaxation of Poly(styrene-co-butadiene) Chains at Substrate Interface in Spin-Coated and Solvent-Cast Films为题发表在高分子领域著名期刊Macromolecules上 (Macromolecules 2018, 51, 2180?2186)。

该论文由我组左彪老师完成，感谢日本九州大学Keiji Tanaka和Daisuke Kawaguchi教授在论文工作完成过程中给予的指导和帮助。

图1. 丁苯橡胶结构式

图2. 界面高分子链松弛过程（论文TOC）

左彪 撰稿