基于动态共价键的高耐热、高强度可回收热固性树脂的研究

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高耐热和高强度的新型可回收热固性树脂的研发是当前的研究热点之一。由于固化过程形成了永久交联的三维网络,传统热固性树脂成型后不溶解、不熔融,废弃的热固性树脂及相关产品难以回收再利用,由此造成的资源浪费和环境污染是当今人类社会亟需解决的难题。因此,新型可回收热固性树脂的研发具有重要意义和实际应用价值。近年来,人们将动态共价键与热固性树脂相结合,开发出具有动态交联网络的新型热固性树脂,其在热、溶剂或光的刺激下通过动态共价键的交换反应实现交联网络的重新排列,使树脂得以通过降解或重塑等方式回收利用。然而,兼具高耐热和高力学性能的可回收热固性树脂的研发仍是一个挑战。因此,研发兼具高耐热和高力学性能的新型可回收热固性树脂是本文的研究目标。本文研究内容如下:首先,设计合成了新型三元醛基单体(TBT),并将其与对苯二胺共聚,制备了基于亚胺键的动态交联聚亚胺树脂(MT),研究了 MT树脂的结构与性能以及MT树脂的降解与时间、温度的关系。研究结果表明,MT树脂的玻璃化转变温度(Tg)和起始热分解温度(Tdi)分别高达162℃和342℃,拉伸强度高达66.98MPa,处在已报道的可降解聚亚胺树脂的前列。此外,MT树脂在四氢呋喃/盐酸混合溶液中表现出了良好的降解性能,回流搅拌8h后可完全降解,降解产物可再次聚合成树脂(MT-Recycled),且MT-Recycled的拉伸性能与MT树脂相近。其次,设计合成了两种含β-羟基酯的新型双烯丙基化合物(AEG1和AEG2),并将其分别与双马来酰亚胺共聚,制备了两种基于酯交换反应的可重塑双马来酰亚胺树脂(BA1和BA2),研究了两种BA树脂的结构与性能。研究结果表明,BA1和BA2均具有高Tdi(>365℃)、高拉伸强度(>80MPa)和高拉伸强度恢复率(>92%)。BA1和BA2的不同结构特性,使其各具性能优势,BA2具有更高的Tg(203℃)和拉伸模量(3233MP),而BA1具有更高的断裂伸长率、更好的焊接性能以及更好的双/三重形状记忆性能,这归因于BA2中苯环更高,而BA1中柔性链含量更高。此外,BA树脂还可通过三维拓扑结构重排实现永久形状的重构。对比现有文献可知,这是首例兼具高耐热性、高力学性能和三重形状记忆的可重塑、可重构热固性树脂的报道。
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