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中北大學王智教授團隊 ACS SCE：通過開環(huán)易位聚合反應制備可降解聚苯并噁嗪及性能研究

2023-10-01 來源：高分子科技

近日，中北大學材料科學與工程學院王智教授團隊設計并制備了一種可降解的新型聚苯并噁嗪樹脂體系。團隊研究了該體系的固化機理，并對其碳纖維增強樹脂基復合材料進行了降解，成功回收了其中的碳纖維。相關成果以“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）。中北大學碩士研究生王維維為第一作者。此研究得到了國家自然科學基金、山西省高等院校創(chuàng)新人才計劃、山西省歸國人才科學活動基金項目等項目的支持。

在這項工作中，作者先合成了一種新型含降冰片烯結構的苯并噁嗪（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量分數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構，其中含有的雙鍵結構會在反應時和DHF共聚，從而將可裂解鍵引入苯并噁嗪樹脂結構中。由于DHF經開環(huán)易位聚合反應所得的聚（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，因此聚合物網絡可以在溫和的條件下降解，且在降解碳纖維增強樹脂基復合材料時幾乎不會對碳纖維造成損傷。

圖1 (a) PH-5n2m的合成；(b) PH-5n2m與DHF的共聚反應；(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體系固化產物的力學性能; (b-e) PH-5n2m體系和PH-5n2m/DHF體系固化產物斷裂面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構式; (d)降解機理圖

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度和斷裂伸長率;(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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（責任編輯：xu）

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