半芳香性聚酰胺是一類性能優(yōu)異的工程塑料,其通常通過縮聚反應合成。然而,傳統(tǒng)半芳香性聚酰胺材料仍然面臨聚合反應條件苛刻,分子量難以控制,以及聚合物化學回收難等問題。
四川大學朱劍波教授課題組長期致力于新型可持續(xù)聚合物的設計與可控合成,(J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 7788-7798, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400196, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405382, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202117639, Nat. Commun. 2023, 14, 3198, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20591-20597) 通過發(fā)展新型聚合方法,(Nat. Catal. 2023, 6, 720-728, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202419494, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202422147, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 1147-1154),及詳細研究聚合物結構與性能之間的關系,課題組成功開發(fā)出一系列結構新穎、性能優(yōu)異且綠色可持續(xù)的新型高分子材料。
針對上述問題,作者設計了一類新型苯并內酰胺單體(BLMR),該單體通過可控開環(huán)聚合反應制備高分子量半芳香性聚酰胺P(BLMR)。所得聚合物不僅展現(xiàn)出優(yōu)異的材料性能,同時在稀溶液中能降解回到單體,且回收單體能再聚合生成P(BLMR),從而建立材料閉環(huán)循環(huán)體系。
首先,作者通過簡單兩步合成了苯并內酰胺(BLMR)單體,這些BLMR單體具有高活性,能通過開環(huán)聚合制備出分散度窄、分子量可控的半芳香性聚酰胺P(BLMR),聚合物分子量最高可達115 kDa(圖1)。
圖1 BLMR的開環(huán)聚合
接著,作者對獲得的半芳香性聚酰胺P(BLMR)進行了性能表征(圖2)。與傳統(tǒng)PA6相比,P(BLMR)展現(xiàn)出優(yōu)異獨特的材料性能:1)優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,熱失重溫度Td,5%高達341–368 °C,玻璃化轉變溫度Tg為71–134 °C;2)突出的耐水性,其中P(BLMHex)在純水中浸泡一周后,吸水率低至0.55%;3)可調控的機械性能,P(BLMHex)斷裂伸長率最高可達384±20%;4)優(yōu)異的光學透明性,可見光的透射率最高為91%。
圖2 聚合物性能表征
最后,作者對P(BLMR)的化學可回收性進行了探究(圖3)。在100–150 ℃的稀溶液體系中,采用t-BuOK與La[N(SiMe3)2]3組成的混合催化劑,可實現(xiàn)P(BLMR)的高效化學回收。回收的單體可再聚合生成P(BLMR),從而建立材料閉環(huán)循環(huán)體系。
圖3 聚合物的解聚
綜上所述,作者設計了一類新型的苯并內酰胺(BLMR)單體,得到了一類兼具高性能和化學可回收性的半芳香性聚酰胺材料,為可持續(xù)高分子材料的開發(fā)提供了重要參考,優(yōu)異的綜合性能(熱穩(wěn)定性、機械性能、低吸濕性、透明度)使其具有較好的應用前景。
該工作以題為“Ring-Opening Polymerization Enables Access to High-Performance Aliphatic-Aromatic Polyamides with Chemical Recyclability”發(fā)表于《Angewandte Chemie International Edition》。文章第一作者為四川大學化學學院博士研究生唐香婷,通訊作者為四川大學化學學院朱劍波教授和蔡中正副研究員。特別感謝國家自然科學基金委、四川大學的經費支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202505310
- 弗吉尼亞理工大學同嶸教授團隊 Angew: 基于可控開環(huán)聚合的高分子量、立體規(guī)整的環(huán)狀功能化聚(α-羥基酸) 2025-04-09
- 中國科大陳殿峰教授/胡進明教授、安徽大學羅根教授 JACS:全C–H策略實現(xiàn)環(huán)丙烷插烯開環(huán)聚合 2025-03-03
- 浙江大學伍廣朋教授課題組 Macromolecules:氫鍵驅動β-內酯開環(huán)聚合制備聚羥基脂肪酸 2025-03-03
- 蘇州大學張正彪教授/王鑫副教授 Angew:雜原子取代策略(HSS)設計合成化學可回收聚酯并通過溫度轉換調控共聚物序列 2024-04-14
- 青科大李志波教授團隊連發(fā)三篇 Macromolecules最新研究進展 2023-07-31
- 華東理工大學曲大輝教授團隊Matter:化學可回收聚合物最新進展 2021-02-07
- 武漢大學鄧紅兵/趙澤團隊 Sci. Adv.:廢棄花粉和棉纖維“變身”高性能、水加工和可持續(xù)的生物塑料 2025-04-07