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北京化工大學(xué)胡君/法國巴黎高科李敏慧 Matter：高性能聚硫辛酸基熱固性環(huán)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(jīng)開環(huán)聚合反應(yīng)合成的一類高分子聚合物，且能在適當(dāng)外界刺激下實現(xiàn)自身解聚，為發(fā)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(jié)構(gòu)和低交聯(lián)密度，現(xiàn)有聚硫辛酸基高分子材料往往存在機械強度弱和環(huán)境耐久性差的問題。針對該問題，北京化工大學(xué)胡君教授課題組和法國巴黎高科化學(xué)學(xué)院李敏慧教授合作，利用小分子TA和4,4''-二氨基二環(huán)己基甲烷（PACM）共固化商業(yè)化環(huán)氧單體（DGEDC），設(shè)計構(gòu)建了含動態(tài)酯鍵和二硫鍵的雙動態(tài)共價自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（DGEDC/TA/PACM，圖1），制備出高性能聚硫辛酸基熱固性環(huán)氧樹脂，并利用樹脂降解液的原位發(fā)泡，成功實現(xiàn)廢棄熱固性樹脂到聚氨酯泡沫的升級回收。


圖1 雙動態(tài)共價自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)DGEDC/TA/PACM的設(shè)計示意圖


  一方面，得益于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高交聯(lián)密度和剛性結(jié)構(gòu)，DGEDC/TA/PACM展現(xiàn)出優(yōu)異的熱性能（初始降解溫度Td5%~289°C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg~145°C）和機械性能（拉伸強度~70 MPa，彎曲強度~101 MPa），優(yōu)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(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域（圖2）。另一方面，體系中的動態(tài)酯鍵和二硫鍵使DGEDC/TA/PACM網(wǎng)絡(luò)可以在190°C時快速應(yīng)力松弛，實現(xiàn)熱固性樹脂材料的再加工和自愈合。此外，網(wǎng)絡(luò)中大量緊密堆積的叔胺結(jié)構(gòu)賦予材料簇集誘導(dǎo)發(fā)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(tài)共價自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)DGEDC/TA/PACM的基礎(chǔ)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(fā)泡助劑后可原位發(fā)泡，升級回收為含有動態(tài)共價鍵的聚氨酯泡沫，回收后的泡沫具有優(yōu)異的疏水性（> 105°）、壓縮強度（0.097 MPa，80%應(yīng)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(tài)性能間的矛盾，為開發(fā)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(tài)共價自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)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(fā)表在Matter期刊上。第一作者為北京化工大學(xué)軟物質(zhì)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(xué)基金和高分子物理與化學(xué)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(xiàn)。


  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(zé)任編輯：xu）
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