熱固性樹脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，在多種領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。然而，固化后的共價交聯(lián)結(jié)構(gòu)使得熱固性樹脂難以重塑和再加工，在到達使用壽命，大部分就被丟棄了，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染問題。因此，有必要開發(fā)一種既能回收利用又能保持交聯(lián)聚合物優(yōu)良性能的新型材料。
利用動態(tài)共價鍵或非共價鍵代替不可逆的共價交聯(lián)，可以將交聯(lián)聚合物回收或再利用。動態(tài)共價鍵作為交聯(lián)點使網(wǎng)絡(luò)重新排列，可賦予材料較高的強度和可模塑性，這很好地彌合了熱塑性塑料和熱固性塑料之間的差距。然而，在動態(tài)共價鍵交換過程中催化劑的使用和活性物種的產(chǎn)生可能會對力學(xué)性能造成影響。
與動態(tài)共價鍵相比，非共價鍵的結(jié)合強度較弱，因此非共價鍵更容易在沒有催化劑的條件下斷裂和可逆地重整。更重要的是，在非共價鍵的解離和締合過程中不涉及化學(xué)鍵的斷裂和形成，因此在交換過程中幾乎沒有副反應(yīng)。然而，由于非共價鍵強度較弱，超分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通常不能表現(xiàn)出經(jīng)典共價交聯(lián)聚合物良好的力學(xué)性能和較高的尺寸穩(wěn)定性。
為了使交聯(lián)材料既具有優(yōu)異的力學(xué)性能，又具有多次可循環(huán)利用的性能，清華大學(xué)張希院士、徐江飛副研究員課題組提出了一種在主鏈中引入低含量非共價鍵的新策略。在這一設(shè)計中，交聯(lián)點為共價交聯(lián)，以確保材料的力學(xué)性能和聚合網(wǎng)絡(luò)的完整性。同時，利用具有雙官能度非共價鍵單體共聚，這樣，低含量、高結(jié)合強度的非共價鍵可以作為擴鏈劑進入主鏈，從而在幾乎不犧牲耐溶劑性的情況下賦予網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性和可回收性。除了可回收性外，非共價鍵的引入還可以通過能量耗散和重新分配應(yīng)力來顯著提高交聯(lián)聚合物的韌性。因此，可以獲得力學(xué)性能優(yōu)異、耐溶劑性好、可多次循環(huán)使用的交聯(lián)高分子材料。
通過二異氰酸酯單體、四氫鍵連接的非共價鍵二胺單體和共價二胺/三胺單體的共聚反應(yīng)，作者制備出了韌性好、可多次循環(huán)使用的交聯(lián)超分子聚脲（CSPU）。由于三胺單體的共價交聯(lián)，CSPU具有優(yōu)異的耐溶劑性和優(yōu)異的力學(xué)性能。通過加入9.7%和14.6%的含四氫鍵的二胺單體，透明膜的韌性分別達到74.17和124.17 mJ·m?3。經(jīng)過五次回收再處理的CSPU的力學(xué)性能也可以恢復(fù)到原來的95%以上，表現(xiàn)出良好的多次回收性能。結(jié)果表明，CSPU具有優(yōu)異的韌性、優(yōu)異的耐溶劑性、較高的透明性和優(yōu)良的多次回收性能。這項研究將為構(gòu)建具有優(yōu)異的可回收性能和力學(xué)性能的各種交聯(lián)高分子材料提供一種簡便、通用的方法。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202000096
