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北京化工大學胡君/法國巴黎高科李敏慧 Matter：高性能聚硫辛酸基熱固性環氧樹脂及其升級回收策略

2024-09-11 來源：高分子科技

聚硫辛酸（polyTA）是以天然小分子硫辛酸（TA）為原料，經開環聚合反應合成的一類高分子聚合物，且能在適當外界刺激下實現自身解聚，為發展綠色可回收高分子材料提供了一種可行的方案。然而，受限于polyTA的柔性結構和低交聯密度，現有聚硫辛酸基高分子材料往往存在機械強度弱和環境耐久性差的問題。針對該問題，北京化工大學胡君教授課題組和法國巴黎高科化學學院李敏慧教授合作，利用小分子TA和4,4''-二氨基二環己基甲烷（PACM）共固化商業化環氧單體（DGEDC），設計構建了含動態酯鍵和二硫鍵的雙動態共價自適應網絡（DGEDC/TA/PACM，圖1），制備出高性能聚硫辛酸基熱固性環氧樹脂，并利用樹脂降解液的原位發泡，成功實現廢棄熱固性樹脂到聚氨酯泡沫的升級回收。

圖1 雙動態共價自適應網絡DGEDC/TA/PACM的設計示意圖

一方面，得益于交聯網絡的高交聯密度和剛性結構，DGEDC/TA/PACM展現出優異的熱性能（初始降解溫度T_d5%~289°C，玻璃化轉變溫度T_g~145°C）和機械性能（拉伸強度~70 MPa，彎曲強度~101 MPa），優于目前已報道的大部分聚硫辛酸基高分子材料，有望用于結構材料領域（圖2）。另一方面，體系中的動態酯鍵和二硫鍵使DGEDC/TA/PACM網絡可以在190°C時快速應力松弛，實現熱固性樹脂材料的再加工和自愈合。此外，網絡中大量緊密堆積的叔胺結構賦予材料簇集誘導發光特性，可用于檢測材料的物理損傷和自愈合過程。

圖2 雙動態共價自適應網絡DGEDC/TA/PACM的基礎力、熱性能

值得一提的是，該熱固性樹脂廢棄物能在聚乙二醇（PEG-600）中完全降解，降解液無需分離純化，直接加入發泡助劑后可原位發泡，升級回收為含有動態共價鍵的聚氨酯泡沫，回收后的泡沫具有優異的疏水性（> 105°）、壓縮強度（0.097 MPa，80%應變）和回彈性（圖3）。該研究解決了聚硫辛酸基高分子材料高機械性能和快動態性能間的矛盾，為開發高性能可回收的熱固性高分子材料提供了新方法。

圖3 雙動態共價自適應網絡DGEDC/TA/PACM的升級回收

該工作以“High-performance poly(thioctic acid)-based thermosets featuring upcycling ability for in-situ foaming enabled by dual-dynamic networks”為題發表在Matter期刊上。第一作者為北京化工大學軟物質高精尖中心博士生馬亞寧，通訊作者為胡君教授和李敏慧教授。該研究工作得到了北京市自然科學基金和高分子物理與化學國家重點實驗室開放研究基金的支持，感謝所有合作者對該研究工作的貢獻。

文章信息：Yaning Ma, Zihan Zhao, Zhiran Zheng, Jiawei Li, Min-Hui Li* and Jun Hu*. High-performance poly(thioctic acid)-based thermosets featuring upcycling ability for in-situ foaming enabled by dual-dynamic networks. Matter 2024.

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.08.008

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（責任編輯：xu）

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