近日，我院張道洪教授課題組報道了一種可降解循環(huán)利用的超支化環(huán)氧樹脂，研究成果以“可循環(huán)利用的含六氫均三嗪結(jié)構(gòu)的熱固性超支化聚合物”（“Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine”）為題發(fā)表在《自然—可持續(xù)發(fā)展Nature Sustainability, DOI:10.1038/s41893-019-0444-6》雜志。許澤軍老師和碩士研究生梁葉云為論文的共同第一作者，張道洪教授為唯一通訊作者，我校系第一作者單位，合作者包括澳大利亞CSIRO的Principal Scientist苗孟河博士和武漢工程大學的陳蘇芳博士。Nature Sustainability系Nature子刊，旨在推動可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的多學科交叉，該刊除鼓勵基礎(chǔ)研究外，還發(fā)表關(guān)于應用性、問題解決性以及政策相關(guān)性的高質(zhì)量文章。
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐腐蝕性、機械性能、工藝性能、粘接性能等特點，被廣泛應用于航空航天、風電等領(lǐng)域（圖1）。環(huán)氧樹脂強度和韌性的矛盾、固化產(chǎn)物的難降解和循環(huán)利用等難題，對環(huán)境和人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。課題組面對這些關(guān)鍵問題，將環(huán)氧樹脂設(shè)計為超支化的拓撲結(jié)構(gòu)有效解決了增強和增韌相互矛盾的難題，提出了原位均相增強增韌機理。
圖1. 環(huán)氧樹脂復合材料用于航空航天和風電領(lǐng)域.
針對環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物降解和循環(huán)利用的難題，在國家自然科學基金、湖北省自然科學基金創(chuàng)新群體和湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項重大等項目資助下，團隊通過詳細分析和研究，與其它可逆化學鍵（如烯夫堿、過硫鍵等）相比，六氫均三嗪結(jié)構(gòu)具有更高的機械性能，可保持環(huán)氧樹脂高性能，以此為基礎(chǔ)，團隊通過引入可降解的六氫均三嗪結(jié)構(gòu)來設(shè)計可降解循環(huán)利用超支化環(huán)氧樹脂（圖2）。該聚合物在保證其優(yōu)異的機械性能和熱性能的前提下，固化后具有相對溫和的降解條件（磷酸溶液/90oC），降解產(chǎn)物（2-氨基苯甲醇）的回收率高達85%，實現(xiàn)了高性能環(huán)氧樹脂的循環(huán)利用。該研究為設(shè)計和合成可降解熱固性聚合物提供了新方法，為熱固性聚合物及其復合材料的回收循環(huán)利用開辟了新途徑。
圖2. 可降解熱固性超支化聚合物的合成路線與循環(huán)利用示意圖.
張道洪教授率領(lǐng)的研究團隊入選了湖北省自然科學創(chuàng)新群體，依托中南民族大學化學與材料科學學院、催化轉(zhuǎn)化與能源材料化學教育部重點實驗室和超支化聚合物合成與應用技術(shù)湖北省工程研究中心，長期從事超支化聚合物合成及應用研究，團隊主持“超支化聚合物”領(lǐng)域的國家自然科學基金項目10項、省重大重點和企業(yè)委托項目30余項，獲授權(quán)國家發(fā)明專利45件。創(chuàng)建武漢超支化樹脂科技有限公司，實現(xiàn)超支化聚合物系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，建成年產(chǎn)千噸級超支化聚合物生產(chǎn)線，為國內(nèi)百余所高校和科研院所提供超支化聚合物，為國內(nèi)主要工程塑料加工企業(yè)供應高性能的節(jié)能加工助劑和關(guān)鍵技術(shù)，促進了國內(nèi)高分子材料的健康發(fā)展。部分成果獲湖北省科學技術(shù)發(fā)明獎一等獎、中國石油與化學工業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)發(fā)明獎一等獎等榮譽。近幾年課題組在超支化聚合物合成（Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6；Chem. Eng. J., 2018, 343: 283；Chem. Eng. J., 2018, 334: 1371；Chem. Eng. J., 2020, 281, 122719: 1；Compos. Part B-Eng., 2019, 160: 615；Prog. Org. Coat., 2019, 127:157）和超支化聚合物應用（ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11, 39: 36278；Chem. Eng. J., 2019, 371: 145；Nanoscale, 2019, 11, 7188；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9, 23:19900）領(lǐng)域的代表性成果促進了相關(guān)領(lǐng)域快速健康發(fā)展。
文章信息：
Zejun Xu#, Yeyun Liang#, Xu Ma, Sufang Chen, Chenglong Yu, Yimei Wang, Daohong Zhang* and Menghe Miao. Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine, Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6.
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