合成高分子材料，如塑料和橡胶，在我们的日常生活中已经无处不在。因此，确保它们安全、耐用和可持续是至关重要的。合成乳胶薄膜尤其如此，它广泛应用于包装、生物医药和电子领域。
但是合成乳胶薄膜到底是什么呢?简单地说，它们是一种基于纳米粒子的薄膜，通过干燥聚合物纳米粒子和水的混合物而产生。随着溶剂的蒸发，纳米颗粒变得更加密集，直到最终在纳米颗粒边界的聚合物链之间的相互作用形成一个连贯的薄膜。
不幸的是，以这种方式生产的乳胶膜很弱。在大多数情况下，必须在初始混合物中加入有机溶剂和填料，以改善最终产品的机械性能。这些添加剂不仅昂贵而且对环境有害。
幸运的是，由信州大学副教授Daisuke Suzuki领导的一组来自日本的研究人员最近开发了一种创新的方法，可以在不使用这些添加剂的情况下生产坚韧且抗裂的弹性纳米颗粒乳胶膜。他们的研究成果发表在《Langmuir》杂志上，其中包括信州大学的佐佐木由马和广岛大学的高田寿和教授的贡献。
他们的方法的关键是一种被称为轮烷的新型分子结构，它由两个主要部分组成——一个环状分子和一个线性“轴”分子。环形分子穿过轴分子，由于轴末端的形状，轴分子随后被机械捕获。
研究人员利用轮烷的这种联锁机制，使环状分子与一条聚合物链化学结合，使轴分子与另一条聚合物链化学结合。接下来，他们通过标准超声波和随后的聚合制备水和聚合物纳米粒子的混合物，然后用于生产乳胶薄膜。在这些薄膜上进行的拉伸实验表明，轮烷为基础的策略产生了一些显着的性能。
铃木博士解释说:“与传统的基于纳米颗粒的弹性聚合物相比，由轮烷交联纳米颗粒组成的乳胶膜表现出不同寻常的裂纹扩展行为。”“裂纹扩展的方向从与裂纹平行变为与裂纹垂直，从而增加了抗撕裂性。”
制造乳胶薄膜的新方法比传统方法有许多优点。最重要的是，不需要任何有毒添加剂来达到合理的薄膜韧性。此外，由于只需要少量的轮烷，因此可以在保持柔韧性的同时保持薄膜的总重量较低。所提出的乳胶薄膜也是可持续的。
铃木博士说:“它们是可降解的，只要把它们浸泡在环保的有机溶剂中，比如乙醇水溶液，就可以很容易地分解成单个纳米粒子。”“这些纳米颗粒可以在溶液蒸发后再次形成薄膜。因此，这项研究的发现可以帮助创造高度耐用和可回收的材料。”
总体而言，该团队希望他们的工作能够拓宽无添加剂新型聚合物薄膜的设计范围。因此，这种材料可以具有生物相容性，除了包装、工业涂料和粘合剂之外，还可能应用于生物技术和医学。
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