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美国华盛顿州立大学张锦文教授团队实现生物基环氧vitrimer新突破

发布时间:2019-07-03 01:54 来源:未知 编辑:admin

  原标题:美国华盛顿州立大学张锦文教授团队实现生物基环氧vitrimer新突破

  传统热固性聚合物具有优异的尺寸稳定性、耐化学性和热稳定性等优点,但无法像热塑性聚合物那样可以通过熔融来实现再加工。目前,人们对热固性聚合物回收的需求日益增长,但热固性聚合物内在的高度交联结构使得回收再利用变得困难。Vitrimer材料利用动态键交换机理,受热时能以动态方式进行可逆化学键交换,并同时在整体上保持交联结构,从而使得热固性聚合物能像热塑性聚合物那样自修复和再加工。

  最近,美国华盛顿州立大学张锦文教授课题组通过精巧的结构设计,设计研发了基于丁香酚和丁二酸酐的环氧vitrimer材料,该材料具有优异的变形、裂纹修复、形状记忆和可回收的特性。该研究成果以Eugenol-Derived Biobased Epoxy: Shape Memory, Repairing, and Recyclability为题发表在国际重要学术期刊《Macromolecules》上,论文第一作者为刘湍博士后研究员。

  ▲ 图1. (a)丁香酚环氧的合成路线图;(b)丁香酚环氧和丁二酸酐的固化反应路线图及环氧vitri

  不同于以往多数vitrimer材料使用石油化工产品作为原料,该研究团队创新性地以可再生生物基丁香酚为原料,与丁二酸酐进行固化,制备而成的环氧vitrimer材料中具有高达65%的生物质占比。制得注意的是,为达到最佳可逆化学键交换作用,学术界常用环氧:酸酐1:0.5作为原料配比,而该团队也同时研究了更利于工业界中使用的1:0.7和1:1配比。以环氧:酸酐1:0.5为配比制备的vitrimer材料在高温中进行快速酯交换反应,使得交联聚合物网络达到快速应力松弛,实现材料的变形、裂纹修复和物理回收。以环氧:酸酐1:0.75和1:1为配比制备的vitrimer材料虽应力松弛较慢,但仍具有变形和裂纹修复的性能。以上三种配比制备的环氧vitrimer材料内在含有乙酰丙酮锌催化剂,因而都能在160 ℃下利用环境友好的乙醇进行降解。降解后的聚合物在190 ℃下加热3小时后,可再次转化为新的vitrimer材料。该研究结合了vitrimer制备、化学回收和生物基聚合物的优点,为将来可持续聚合物材料的研究提供了重要的设计思路。

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