可逆交聯(lián)聚合物,也稱共價自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(covalent adaptable networks, CANs),可在特定外界刺激條件下發(fā)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)渲嘏,既能保持熱固性材料良好的力學(xué)性能,同時又具備熱塑性材料可回收加工的特性。目前CANs的回收常通過引入單官能度小分子解聚網(wǎng)絡(luò),再加入多官能度單體重新交聯(lián)獲得再生網(wǎng)絡(luò)(圖1A)。上述回收方法中,添加物的殘留會導(dǎo)致重新形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷增多,性能受到影響。因此,設(shè)計(jì)合成高性能可逆交聯(lián)聚合物,探索其高效的閉環(huán)回收策略成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)渲嘏艅恿W(xué)行為直接影響了可逆交聯(lián)聚合物的重加工性能,準(zhǔn)確深入地解析其對可逆交聯(lián)聚合物動態(tài)特性的影響是設(shè)計(jì)合成可閉環(huán)回收CANs的關(guān)鍵,也是難點(diǎn)。目前,對CANs可逆交換動力學(xué)的研究主要是通過應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn),但該手段通常只能得到其表觀交換動力學(xué)特性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲嘏懦c動態(tài)鍵的可逆交換反應(yīng)有關(guān)外,還與鏈段松弛有關(guān)。因此,有必要對CANs拓?fù)渲嘏艅恿W(xué)進(jìn)行解耦,以定量揭示可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與動態(tài)特性間關(guān)系。
圖1. 可逆交聯(lián)聚合的化學(xué)回收過程及具有不同乙烯酰基動態(tài)化學(xué)結(jié)構(gòu)
近期,上海交大“創(chuàng)新多尺度化工材料及反應(yīng)工程研究室” 成員設(shè)計(jì)合成了一種基于乙烯胺硫酯(Vinylogous Carbamothioate, VC)動態(tài)化學(xué)結(jié)構(gòu)的可閉環(huán)回收的交聯(lián)聚合物。該動態(tài)化學(xué)結(jié)構(gòu)是在比利時根特大學(xué)Du Prez與Winne教授課題組的研究基礎(chǔ)上,將與;噙B的取代基改為硫元素所得(圖1B)。高摩爾折射率含硫單元的引入,使得CANs折光系數(shù)增加,同時C-S鍵比C-O和C-C鍵鍵長更長,使得分子鏈更柔順。進(jìn)一步的拓?fù)渲嘏艅恿W(xué)研究表明,受柔性含S鏈段的影響,鏈段松弛在拓?fù)?/span>網(wǎng)絡(luò)重排過程中具有重要貢獻(xiàn),導(dǎo)致模型反應(yīng)中小分子交換動力學(xué)與由應(yīng)力松弛測得的CANs表觀動力學(xué)呈現(xiàn)相反的特征。
上述研究對可逆交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲嘏艅恿W(xué)和閉環(huán)化學(xué)回收進(jìn)行了較為深入的研究,為未來設(shè)計(jì)具有特定動態(tài)性能的可閉環(huán)回收CANs提供了參考。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01142
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