一步法交联构建B-N配位硼酸酯键增强环氧网络的动态共价交联与纳米复合研究

本研究通过一步法交联反应，将B-N配位硼酸酯/硼氧烷键引入环氧网络，结合POSS（多面体低聚倍半硅氧烷）纳米增强，成功制备了兼具动态共价交换（实现材料可回收性）和POSS-POSS聚集（提升力学性能）双重交联机制的环氧类玻璃高分子（vitrimer）。该材料展现出可调控的热机械性能、优异的形状记忆效应及抗水解表面特性，为高性能可回收热固性材料设计提供了新策略。

　　

研究背景与意义
环氧树脂作为最重要的热固性材料之一，因其高交联密度带来的优异机械性能和化学稳定性被广泛应用。然而，传统环氧树脂的不可逆交联结构导致其难以回收，且高交联密度常伴随脆性增加的问题。如何赋予环氧材料可逆加工性的同时保持甚至增强其力学性能，成为材料科学领域的重大挑战。近年来，动态共价化学（如硼酸酯键交换）与纳米增强（如POSS）的协同策略为这一难题提供了潜在解决方案，但如何通过简易工艺实现两者的有效整合仍待探索。

研究方法与技术路线
华东理工大学的研究团队设计了一种创新的一步法交联策略：以1,4-丁二醇二缩水甘油醚（DGEBD）和3,13-二缩水甘油基双倍硅氧烷（3,13-diglycidyl DDSQ）为双环氧化合物，3-氨基苯硼酸为交联剂，通过原位双重反应构建动态共价网络。关键技术包括：（1）环氧-胺开环聚合生成线性聚羟基醚胺（PHEA）；（2）硼酸与PHEA中二(2-羟乙基)氨基单元的酯化交联；（3）引入POSS通过硅氧烷聚集形成物理交联点。通过动态机械分析（DMA）、应力松弛测试和接触角测量等手段系统评价材料性能。

研究结果
INTRODUCTION
研究指出传统环氧树脂的不可回收性和脆性问题，提出通过动态共价键（如硼酸酯）和纳米增强（POSS）协同策略解决这一矛盾。

Crosslinking of diepoxide with B-N coordinated boronic ester bonds
验证了DGEBD与苯胺的线性聚合反应（Scheme 1），并证实3-氨基苯硼酸可触发B-N配位硼酸酯/硼氧烷键的交联。引入3,13-diglycidyl DDSQ后，POSS-POSS聚集形成纳米增强域，实现双重交联机制。

CONCLUSIONS
研究成功构建了以B-N配位硼酸酯键（动态共价）和POSS纳米域（物理交联）为双交联点的环氧vitrimer。该材料具有三大优势：（1）动态键交换赋予优异的再加工性（回收效率>90%）；（2）POSS增强使拉伸强度提升40%且疏水角达105°；（3）通过调节DDSQ含量可精准调控玻璃化转变温度（T_g 80-150℃）和形状记忆响应温度。

重要意义
该研究首次实现了一步法构建动态共价-纳米复合双网络环氧材料，突破了传统热固性材料不可回收的技术瓶颈。其提出的"化学交联密度调控力学性能，物理交联域增强稳定性"的设计理念，为新一代可持续高性能聚合物提供了普适性策略。相关成果发表于《Polymer》，对航空航天、电子封装等领域的环保材料开发具有重要指导价值。