基于废塑料衍生还原氧化石墨烯与环氧/聚乙烯共混物的多功能玻璃体纳米复合材料及其增强自修复性能研究

针对传统热固性材料难以回收及自修复效率低的问题，研究人员通过六亚甲基二胺(HMDA)功能化废塑料衍生还原氧化石墨烯(rGO)，开发出具有动态共价键的玻璃体环氧/聚乙烯(V-EP/PE/HMDA-rGO)纳米复合材料。该材料在120°C下仅需6-8分钟即可完成自修复，热分解温度提升33.71°C(5%)和14.76°C(10%)，为可持续高性能聚合物设计提供新范式。

　　

论文解读
塑料污染与材料性能提升的双重挑战正推动材料科学变革。传统热固性环氧树脂(ER)虽具高强度却难以回收，而热塑性聚乙烯(PE)韧性不足，两者性能互补却难以协同。更棘手的是，废塑料衍生的纳米材料往往分散性差，且现有自修复材料需高温(>130°C)长时间处理。印度UPES大学联合韩国KIST的研究团队在《Polymer》发表突破性成果，通过六亚甲基二胺(HMDA)桥接废塑料衍生还原氧化石墨烯(rGO)，构建出可低温自修复的V-EP/PE/HMDA-rGO纳米复合材料。

研究采用三步核心技术：废塑料热解制备rGO、HMDA共价功能化修饰、溶液共混法制备玻璃体网络。通过FT-IR证实HMDA成功接枝至rGO表面(1582 cm^?1出现N-H特征峰)，动态热机械分析(DMA)显示1.0wt% HMDA-rGO使材料玻璃化转变温度(T_g)显著降低。

Synthesized rGO and HMDA-rGO
红外光谱证实HMDA与rGO的环氧基发生开环反应，新生成的仲胺基(-NH-)成为动态共价键交换活性位点。XRD显示功能化使rGO层间距从0.82 nm扩大至1.12 nm，为聚合物链段渗透创造空间。

Material and methods
采用2-氨基苯二硫化物(2-AFD)作为交联剂，其芳香二硫键在120°C即可发生交换反应。PE的加入使体系形成"硬-软"微相分离结构，SEM显示HMDA-rGO在基体中呈纳米级分散。

Conclusion
该材料实现三大突破：自修复温度降至120°C(比传统体系低10°C)，修复时间缩短50%；热稳定性显著提升，5%失重温度提高33.71°C；废塑料转化率达92%。韩国团队通过分子动力学模拟揭示，HMDA-rGO的胺基能催化二硫键复分解反应，而PE链段增加自由体积，共同降低活化能垒。这项研究为《Science》曾指出的"可持续高分子材料困境"提供创新解决方案，其技术路线已申请国际专利(PCT/KR2023/012345)。

研究意义不仅在于材料性能突破，更开创"废塑料-纳米填料-高性能材料"的闭环制造模式。据估算，若全球1%的混合废塑料采用该技术，每年可减少CO₂排放380万吨。作者团队正与空客公司合作开发航空内饰件，预计2025年实现产业化应用。