哈工大黃玉東教授團隊 Chem. Mater.: 可γ射線輻照降解的環氧樹脂
2022-05-15 來源：高分子科技
γ射線是一種高新的固廢物污染治理手段，具有能耗低、無二次污染、干凈清潔、安全可靠等優點，因此發展前景廣闊。然而，γ射線輻照除引發降解反應外，還能觸發交聯、聚合等反應，大幅調減交聯聚合反應的發生幾率是實現熱固性材料可控降解的重大挑戰。
圖1 含輻射敏感化學鍵-苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的可降解環氧樹脂結構設計示意圖
近期，哈爾濱工業大學化工與化學學院黃玉東教授團隊制備了一種含有苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的輻照敏感環氧樹脂EP-DESN（圖1），材料可在10 kGy的劑量下實現快速降解（圖2）。高效降解行為可歸因于苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的級聯協同作用。苯基亞胺共軛結構可對輻照誘導N-N鍵斷裂產生的自由基碎片起到穩定化作用，從而抑制交聯與重組反應。此外，苯基亞胺共軛N-N鍵斷裂產生的苯基-亞胺基共軛自由基可進一步裂解活性的S-S鍵，促使樹脂發生持續的降解反應，最大限度地提升降解效率。與此同時，EP-DESN表現出優異的熱性能和化學穩定性，可與一些傳統高性能環氧樹脂相媲美。以EP-DESN為基體，制備了可降解環氧樹脂碳纖維復合材料。通過輻照誘導環氧樹脂基體的降解實現高價值碳纖維的無損回收（圖3和圖4），從而促進了循環碳纖維經濟的概念。這項工作提出的基于苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的輻照降解環氧樹脂的新策略，對制備其他輻照可降解熱固性材料具有啟示作用。該工作以“Complete Degradation of a High-Performance Epoxy Thermoset Enabled by γ?ray-Sensitive Motifs Based on the Cascaded Synergetic Strategy”為題發表在《Chemistry of Materials》。文章第一作者是哈爾濱工業大學化工與化學學院博士生許寧覿，通訊作者為哈爾濱工業大學化工與化學學院黃玉東教授和胡楨教授。該研究得到國家自然科學基金委的支持。
圖2 輻射敏感環氧樹脂EP-DESN的降解行為
圖3 環氧樹脂碳纖維復合材料降解過程的實物圖和SEM圖像
圖4 回收碳纖維的力學性能、熱性能與化學結構
該工作是團隊近期關于可降解熱固性樹脂及其復合材料相關研究的最新進展之一。作為一類在航空航天、交通運輸、風能產業等領域具有廣泛應用前景的高性能熱固性材料，材料降解回收的研究將改變人們對熱固性復合材料不可循環回收利用的刻板印象，有望推動熱固性樹脂復合材料產業的可持續發展，對于節約能源、保護環境等具有重要意義。更多關于熱固性樹脂基復合材料降解回收的研究工作可參見（Mater. Horizons,9,1495-1502; ACS Sustainable Chem. Eng., 2020,8,1943–1953; Compos.Sci.Technol., 2021，203，108589-108596；Polym. Chem., 2022, 10.1039/D2PY00200K; ACS Appl. Polym. Mater., 2022, 4, 999–1009）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c00728
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（責任編輯：xu）
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