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  環(huán)氧樹脂是一類重要的熱固性材料，具有優(yōu)異的電絕緣性、高粘結(jié)性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性等優(yōu)點。作為涂料、膠黏劑、電子電器材料、土建材料等，環(huán)氧樹脂已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)各個領(lǐng)域（機械電子、航空航天、化學(xué)化工、船舶建筑、汽車軍工、冶金輕工等）和人們的日常生活中。但環(huán)氧樹脂具有不溶不熔的性質(zhì)，在成型后無法再次加工。因此，環(huán)氧樹脂的廢棄物、老化物和損壞物難以回收再用，造成資源浪費和固廢污染。

  2011年，法國科學(xué)家Leibler提出了一種含動態(tài)酯鍵的環(huán)氧樹脂（vitrimer，張希院士將其譯為“類玻璃高分子”），為環(huán)氧樹脂的回收降解和重復(fù)利用提供了一條有效途徑。在室溫下，因動態(tài)共價鍵的酯交換反應(yīng)很慢，類玻璃高分子具有和普通的熱固性環(huán)氧樹脂材料一樣的性質(zhì)；但在高溫下，由于酯交換反應(yīng)很快（圖1），類玻璃高分子的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)可改變（圖2），此時類玻璃高分子如熱塑性高分子般具有可塑性和可再加工性能（重塑形、焊接、回收利用、愈合等）。隨后，很多基于其他動態(tài)共價鍵（二硫鍵、亞胺鍵、硅氧烷等）的環(huán)氧樹脂類玻璃高分子被相繼報道。因此，類玻璃高分子有望替代傳統(tǒng)熱固性環(huán)氧樹脂而被廣泛用于各個領(lǐng)域，這無疑將對減少資源浪費、降低環(huán)境污染起到非常重要的作用。

圖1  酯交換反應(yīng)示意圖。

圖2  交換反應(yīng)使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變化，從而使材料具有可再加工性能，如焊接、重塑形、自愈合等。

  近日，為慶祝材料科學(xué)頂級期刊《Progress in Materials Science》創(chuàng)刊70周年，清華大學(xué)化學(xué)系危巖教授和吉巖副教授課題組應(yīng)邀撰寫了題為“Functional epoxy vitrimers and composites”的綜述論文，梳理總結(jié)了近十年來環(huán)氧樹脂類玻璃高分子領(lǐng)域的研究進(jìn)展。該綜述首先從環(huán)氧樹脂類玻璃高分子及其復(fù)合材料的分類、合成方法和技術(shù)出發(fā)，詳細(xì)介紹了含不同動態(tài)共價鍵（酯鍵、二硫鍵、亞胺鍵、硅氧鍵等）的環(huán)氧樹脂類玻璃高分子，及其摻雜不同納米顆粒（碳納米管、石墨烯、多巴胺、金納米球等）的環(huán)氧樹脂類玻璃高分子復(fù)合材料，并總結(jié)了環(huán)氧樹脂類玻璃高分子的合成方法和技術(shù)。之后重點介紹了動態(tài)共價鍵給環(huán)氧樹脂帶來的可再加工新功能。動態(tài)共價網(wǎng)絡(luò)不僅使環(huán)氧樹脂類玻璃高分子在外界刺激（光、熱、電、磁等）下可變形、受損壞后可自愈合、可通過焊接獲得復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)，還可通過熱壓使環(huán)氧樹脂類玻璃高分子碎片重新成型、或用溶劑降解環(huán)氧樹脂類玻璃高分子后重新交聯(lián)成新材料而回收再用。隨后，全面總結(jié)了環(huán)氧樹脂類玻璃高分子的潛在應(yīng)用。理論上，環(huán)氧樹脂類玻璃高分子有望替代傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。動態(tài)共價鍵的存在還使環(huán)氧樹脂類玻璃高分子有望用在3D柔性驅(qū)動器、柔性可穿戴器件、納濾膜、生物潤滑油等領(lǐng)域。最后，該綜述分析了環(huán)氧樹脂類玻璃高分子在實現(xiàn)實際應(yīng)用過程中需要解決的困難和問題。

  此外，近十年來，其他熱固性類玻璃高分子材料的發(fā)展也十分迅速。它們和環(huán)氧樹脂類玻璃高分子一樣，具有優(yōu)異的可再加工性能，這將為熱固性材料領(lǐng)域帶來重要的技術(shù)變革。

  該論文通訊作者為清華大學(xué)化學(xué)系危巖教授和楊洋博士。該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

  論文鏈接：Functional epoxy vitrimers and composites. Yang Yang, Yanshuang Xu, Yan Ji, Yen Wei. Progress in Materials Science （IF: 31.56，CiteScore: 47.1）. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100710

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642520300748