自 2011 年 Leibler 等人首次提出“维特利默”一词来描述具有类似玻璃态二氧化硅性质的交联环氧网络以来,这些系统的发展已经广泛扩展 [1]。作为缔合型共价可适应网络 (CANs),维特利默含有动态可逆键,通过交换反应发生拓扑重排,而不降低整体交联密度。在拓扑冻结转变温度 (Tv) 以下,它们像传统的热固性塑料一样具有优异的机械性能,而在 Tv 以上,活跃的键交换宏观流动、热重塑和自修复 [2], [3]。
将维特利默聚合物基体集成到复合材料中代表了材料科学的自然进展。大量研究采用了各种填料,包括碳纤维和玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和二氧化硅,利用多种动态化学,如酯交换 [4], [5], [6], [7], [8]、亚胺交换 [9], [10], [11], [12], [13]、烯丙型氨基甲酸酯/脲交换 [14], [15], [16]、二硫键复分解 [17], [18], [19], [20]、氨解交换 [21] 和硅氧烷交换 [22]。虽然这些维特利默复合材料大多数本质上是热固性材料 [23],但最近的关注点已转向光固化维特利默系统,以减轻快速光聚合期间产生的高收缩应力,特别是用于牙科复合材料应用。虽然含有能够进行加成分解链转移 (AFCT) 的动态硫醇 - 烯树脂并结合官能化纳米二氧化硅的“双重动态”光固化复合材料成功降低了收缩应力,但其加载量限制在最大 25 重量百分比,产生的强度参数仅为几 MPa [24], [25]。实现实际性能参数需要系统评估,在坚固、高交联的树脂基体构型中采用显著更高的填料加载量。关于颗粒二氧化硅,文献数据主要报道了模型复合体系,其中无机填料仅占组成的一部分,通常将基于二氧化硅的维特利默网络限制在低于 40 重量百分比的填料含量 [4], [25]。
此外,基于磷酸酯化学的动态网络提供了独特的酯交换途径,并与传统的羧酸盐对应物相比增强了拓扑柔性,从而能够设计高效的、无催化剂的动态材料 [26]。虽然维特利默复合材料中的有机磷化合物主要作为阻燃剂、添加剂或交换催化剂 [14], [27], [28],但其作为结构骨架的潜力仍未得到充分利用。在我们之前的研究中,我们证明高度交联的磷酸二酯网络,在羟基存在下,表现出同时具有交换和热缩合的能力,从而导致这些动态材料中交联密度的受控增加 [29]。
基于这些发现,本研究的主要目标是设计和评估高达 70 重量百分比的高二氧化硅含量光固化玻璃态磷酸酯维特利默。虽然传统的维特利默复合材料研究主要集中在通过自修复 [27] 恢复初始性能基线或实现填料回收和再利用 [28],但本工作的重点超出了这些既定范式。这些高负载系统的机械和粘弹性能可以通过磷酸酯缩合和酯交换的双重机制在聚合后通过热调整 (方案 1),实现相对于其初始聚合状态的复合材料性能的受控增强。我们假设,在高于玻璃化转变温度 (Tg) 的中等温度下扩展动态交换窗口,为内部聚合和热应力的松弛提供了必要的时间。这种时间控制的热后处理策略预计可以防止过早的微裂纹并优化这些高填充架构的整体机械性能。