北京化工大学胡君/法国巴黎高科李敏慧 Matter：高性能聚硫辛酸基热固性环氧树脂及其升级回收策略

2024-09-11 来源：高分子科技

聚硫辛酸（polyTA）是以天然小分子硫辛酸（TA）为原料，经开环聚合反应合成的一类高分子聚合物，且能在适当外界刺激下实现自身解聚，为发展绿色可回收高分子材料提供了一种可行的方案。然而，受限于polyTA的柔性结构和低交联密度，现有聚硫辛酸基高分子材料往往存在机械强度弱和环境耐久性差的问题。针对该问题，北京化工大学胡君教授课题组和法国巴黎高科化学学院李敏慧教授合作，利用小分子TA和4,4''-二氨基二环己基甲烷（PACM）共固化商业化环氧单体（DGEDC），设计构建了含动态酯键和二硫键的双动态共价自适应网络（DGEDC/TA/PACM，图1），制备出高性能聚硫辛酸基热固性环氧树脂，并利用树脂降解液的原位发泡，成功实现废弃热固性树脂到聚氨酯泡沫的升级回收。

图1 双动态共价自适应网络DGEDC/TA/PACM的设计示意图

一方面，得益于交联网络的高交联密度和刚性结构，DGEDC/TA/PACM展现出优异的热性能（初始降解温度T_d5%~289°C，玻璃化转变温度T_g~145°C）和机械性能（拉伸强度~70 MPa，弯曲强度~101 MPa），优于目前已报道的大部分聚硫辛酸基高分子材料，有望用于结构材料领域（图2）。另一方面，体系中的动态酯键和二硫键使DGEDC/TA/PACM网络可以在190°C时快速应力松弛，实现热固性树脂材料的再加工和自愈合。此外，网络中大量紧密堆积的叔胺结构赋予材料簇集诱导发光特性，可用于检测材料的物理损伤和自愈合过程。

图2 双动态共价自适应网络DGEDC/TA/PACM的基础力、热性能

值得一提的是，该热固性树脂废弃物能在聚乙二醇（PEG-600）中完全降解，降解液无需分离纯化，直接加入发泡助剂后可原位发泡，升级回收为含有动态共价键的聚氨酯泡沫，回收后的泡沫具有优异的疏水性（> 105°）、压缩强度（0.097 MPa，80%应变）和回弹性（图3）。该研究解决了聚硫辛酸基高分子材料高机械性能和快动态性能间的矛盾，为开发高性能可回收的热固性高分子材料提供了新方法。

图3 双动态共价自适应网络DGEDC/TA/PACM的升级回收

该工作以“High-performance poly(thioctic acid)-based thermosets featuring upcycling ability for in-situ foaming enabled by dual-dynamic networks”为题发表在Matter期刊上。第一作者为北京化工大学软物质高精尖中心博士生马亚宁，通讯作者为胡君教授和李敏慧教授。该研究工作得到了北京市自然科学基金和高分子物理与化学国家重点实验室开放研究基金的支持，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。

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.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.08.008

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（责任编辑：xu）

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