基于稳健动态转醚键实现高性能可回收环氧树脂的设计策略

《RSC Applied Polymers》：High-strength, robust, and recyclable BPA-free epoxy resins based on dynamic transetherificationOpen Access

　　环氧树脂（ERs）本身无法回收，而它们在热固性树脂产量中占比近70%，这一难题可通过引入动态化学键加以解决。然而，这些动态键往往削弱材料的热稳定性、化学稳定性和力学性能，并引发蠕变。因此，尽管高性能且可高效回收的环氧树脂具有重要的经济和环保意义，但如何兼顾其性能鲁棒性与高效可回收性，一直是一个长期存在的挑战。为此，本研究提出了一种简单高效的环氧树脂设计策略，通过稳健的动态转醚反应实现环氧树脂兼具高机械强度、高效可再加工性、低蠕变以及优异的热稳定性和化学稳定性。该环氧树脂采用无溶剂熔融转醚化介导聚合方法制备，所用原料包括三醇（季戊四醇）、双环氧单体和一种基于动态醚键的 trifunctional 单体。稳健的动态醚键的引入赋予环氧树脂优异的热稳定性（Td,5% = 294 °C）、力学鲁棒性（拉伸强度 = 46.1 MPa；25 °C 下储能模量 = 2.4 GPa）以及对多种溶剂的化学耐受性。网络内部醚键的动态交换还引发拓扑重排，从而实现了在高温下的高效再加工。此外，通过改变环氧单体的间隔基链长来调节交联密度，可有效调控环氧树脂的各项性能（包括动态性）。值得注意的是，该环氧树脂在100–120 °C下表现出极低的蠕变速率，其作为结构胶的应用得到验证，最高粘接强度达到11.6 MPa。最后，展示了环氧树脂的降解和化学回收作为合适的寿命终结处理方案。总体而言，本研究针对高性能、性能鲁棒、可回收且具有可调性能及抗蠕变的环氧网络设计策略的关键需求提供了有效的解决方案。