祝賀李鵬云“低粘度縮醛型可降解環(huán)氧樹脂”的工作發(fā)表在 Compos. Sci. Technol.上
熱固性樹脂是輕量化汽車、航天航空器、風電、電子電器等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料用基體樹脂，用量巨大，每年大概6500萬噸。其回收再利用對于節(jié)約資源和保護環(huán)境，進而解決人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大需求具有重大意義，但由于永久交聯(lián)，傳統(tǒng)熱固性材料難回收，已成該領(lǐng)域迫切需要解決的難題，以及實現(xiàn)雙碳目標和循環(huán)經(jīng)濟中關(guān)注的重要問題之一。
近年來，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團隊馬松琪研究員等人基于可解離的化學鍵發(fā)展了一系列易回收熱固性樹脂。為了得到高性能且耐水的縮醛型可降解熱固性樹脂，設(shè)計合成了含苯聯(lián)螺環(huán)二縮醛、苯聯(lián)并環(huán)二縮醛和苯聯(lián)單環(huán)縮醛結(jié)構(gòu)的樹脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、力學強度等與傳統(tǒng)雙酚A環(huán)氧樹脂相當甚至更高（J. Mater. Chem. A, 7, 1233-1243 (2019)；Eur. Polym. J., 117, 200-207 (2019)；Green Chem., 22, 1275-1290 (2020)；ACS Sustain. Chem. Eng., 8, 11162-11170 (2020)）。
最近，我們首次從成型加工角度設(shè)計合成了低粘度可降解環(huán)氧單體，可以通過真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）成型工藝，制備出性能優(yōu)異的易回收碳纖維復合材料。通過分子設(shè)計，在環(huán)狀縮醛結(jié)構(gòu)上引入乙基或甲基后，環(huán)氧單體的規(guī)整性被打破，分子間相互作用減弱，得到了三種低粘度的環(huán)氧單體，粘度最低達到0.7Pa.s，遠低于雙酚A環(huán)氧單體（陶氏DER331）的粘度（10Pa.s）。三種環(huán)氧的固化活性高，以異佛爾酮二胺固化后具有優(yōu)異的熱學、力學性能。由于低粘度，可以通過真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）成型工藝制備碳纖維復合材料。得到的復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的拉伸強度（635.9±24.1 MPa）、楊氏模量（25.5±0.7 GPa）和斷裂伸長率（5.9±0.9%）。由于縮醛環(huán)氧樹脂基體的優(yōu)異降解性能，復合材料浸泡在0.1mol L-1HCl丙酮/H2O（9:1，v/v）溶液中室溫24 h，可回收碳纖維。回收碳纖維表面無樹脂殘留，此外由于回收條件溫和，避免了對碳纖維表面形貌、化學成分和機械性能的損傷，使回收的碳纖維可以多次重復使用。再生得到的碳纖維復合材料，保持了原始碳纖維復合材料的優(yōu)異熱學、力學性能。此工作將引導可降解熱固性樹脂的研究人員從加工和性能兩方面去設(shè)計分子結(jié)構(gòu)，有利于推動該類樹脂的應用。相關(guān)結(jié)果已申請專利CN201910202650.7，并發(fā)表在復合材料權(quán)威期刊Composites Science and Technology 219, 109243 (2022)（DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109243）上。以上工作得到國家自然科學基金（51773216和52073296）、寧波市公益類計劃項目 （202002N3091）和中科院青年創(chuàng)新促進會會員（2018335）的支持。
