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中北大學(xué)王智教授團(tuán)隊(duì) ACS SCE：通過開環(huán)易位聚合反應(yīng)制備可降解聚苯并噁嗪及性能研究
2023-10-01  來(lái)源：高分子科技

  近日，中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王智教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種可降解的新型聚苯并噁嗪樹脂體系。團(tuán)隊(duì)研究了該體系的固化機(jī)理，并對(duì)其碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行了降解，成功回收了其中的碳纖維。相關(guān)成果以“Preparation and performances of degradable polybenzoxazine by ring-opening metathesis polymerization”為題，被《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊接收（DOI：10.1021/acssuschemeng.3c05126）。中北大學(xué)碩士研究生王維維為第一作者。此研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山西省高等院校創(chuàng)新人才計(jì)劃、山西省歸國(guó)人才科學(xué)活動(dòng)基金項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。


  在這項(xiàng)工作中，作者先合成了一種新型含降冰片烯結(jié)構(gòu)的苯并噁嗪（PH-5n2m）并將其與含可裂解鍵的單體2,3-二氫呋喃（DHF）共聚合成了一系列含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)DHF的共聚物（PH-5n2m/DHF-x）。通過熱固化制備出了具有良好熱性能的可降解聚苯并噁嗪。得益于降冰片烯的特殊結(jié)構(gòu)，其中含有的雙鍵結(jié)構(gòu)會(huì)在反應(yīng)時(shí)和DHF共聚，從而將可裂解鍵引入苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)中。由于DHF經(jīng)開環(huán)易位聚合反應(yīng)所得的聚（2,3-二氫呋喃）（PDHF）中含有豐富的主鏈烯醇醚鍵，其可以在酸性條件下降解，因此聚合物網(wǎng)絡(luò)可以在溫和的條件下降解，且在降解碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料時(shí)幾乎不會(huì)對(duì)碳纖維造成損傷。


圖1 (a) PH-5n2m的合成；(b) PH-5n2m與DHF的共聚反應(yīng)；(c)不同固化階段共聚物的狀態(tài)


圖2 (a) PH-5n2m體系和PH-5n2m/DHF體系固化產(chǎn)物的力學(xué)性能; (b-e) PH-5n2m體系和PH-5n2m/DHF體系固化產(chǎn)物斷裂面SEM圖像; (f) PH-5n2m和PH-5n2m/DHF-x的TGA曲線和(g) DTG曲線


圖3 (a)不同共聚物的可降解特性; (b)失重圖; (c)降解溶液的FT-IR光譜和降解低聚物的結(jié)構(gòu)式; (d)降解機(jī)理圖


圖4 (a) PH-5n2m/DHF-50/CF在THF/HCl中的降解示意圖;(b)其碳纖維失重示意圖;(c) (c1-c1′)原始CF和(c2-c2′)回收CF的SEM圖像;(d)原始碳纖維和回收碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率;(e)原始CF和(f)回收CF的拉曼譜圖


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.3c05126

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