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江蘇大學張侃教授團隊 AFM：基于動態共價鍵聚苯并噁嗪網絡構筑高強、可重塑且可化學回收的生物基熱固性材料

2026-04-08 來源：高分子科技

近年來，隨著國家雙碳戰略的推進，熱固性高分子材料的可持續發展成為行業研究熱點。傳統石油基熱固性樹脂因不可逆交聯網絡結構特點，導致其存在難降解回收、資源利用率低等問題。碳纖維增強樹脂基復合材料作為高端領域核心材料，其基體的不可回收性更是帶來材料全生命周期不可持續性的技術瓶頸。此外，傳統碳纖維復材回收方法還面臨回收產物附加值低、碳纖維易受損等弊端。如何以可再生生物質為原料，設計兼具高強力學性能、高熱穩定性與可回收的新型熱固性樹脂基體，已成為推動先進碳纖維復合材料綠色化發展的關鍵挑戰。

江蘇大學張侃教授團隊在國際期刊《Advanced Functional Materials》發表題為“Strong, Reprocessable and Chemically Recyclable Biomass-Derived Thermoset Materials Enabled by Dynamic Covalent Polybenzoxazine Networks”的研究論文。博士研究生謝琳為論文第一作者，張侃教授為論文通訊作者，江蘇大學為論文唯一通訊單位。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目支持。

該團隊提出基于生物質平臺化合物構筑動態共價鍵聚苯并噁嗪交聯網絡的設計策略，以1,4-丁二醇、根皮酸、糠胺等可再生生物質為原料，通過無溶劑酯化與曼尼希縮合兩步法，合成了一系列含動態酯基的苯并噁嗪單體。研究通過酯鍵的引入賦予材料動態交換與可降解特性，同時利用苯并噁嗪開環形成的富氫鍵交聯網絡，彌補了動態鍵引入導致材料性能下降問題，實現了熱固性樹脂高性能與可持續性的雙重突破。以新型苯并噁嗪單體為基體制備了碳纖維增強復合材料，達成材料溫和降解、碳纖維無損回收及降解產物的高值化利用（圖1）。固化行為研究表明，苯并噁嗪單體兼具寬加工窗口與低粘度特性，為復合材料成型提供了優異的工藝適配性（圖2）。熱機械與熱穩定性研究表明，樹脂固化物綜合性能突出，玻璃化轉變溫度達208 ℃，熱分解溫度T_d₅ 為349 ℃，800 ℃下殘炭率高達59%，性能顯著優于近期報道的多數動態熱固性材料（圖 3）。同時，動態酯交換可驅動樹脂固化物發生結構網絡重排，其應力松弛表觀活化能為134 kJ mol^-1，賦予材料優異的可再加工性（圖 4）。碳纖維復合材料性能研究表明，以新型苯并噁嗪樹脂為基體制備的碳纖維復材性能表現優異，其拉伸強度可達500.8 MPa，彎曲模量達33.3 GPa，玻璃化轉變溫度高達220 ℃（圖 5）。碳纖維復合材料的化學降解與可回收性研究表明，該復合材料于60 ℃下在有機堿—甲醇溶液體系中42 h內可完全降解，不僅實現碳纖維形貌結構無損特征，其降解產物還可進一步作為膠粘劑應用于鋁等多種基材，實現資源升級利用（圖6）。該研究不僅為可持續先進熱固性材料的開發提供了全新思路，更為航空航天、汽車制造等高端領域的綠色升級奠定了理論與技術基礎。