中北大学王智教授团队 ACS SCE：通过开环易位聚合反应制备可降解聚苯并噁嗪及性能研究

2023-10-01 来源：高分子科技

近日，中北大学材料科学与工程学院王智教授团队设计并制备了一种可降解的新型聚苯并噁嗪树脂体系。团队研究了该体系的固化机理，并对其碳纤维增强树脂基复合材料进行了降解，成功回收了其中的碳纤维。相关成果以“Preparation and performances of degradable polybenzoxazine by ring-opening metathesis polymerization”为题，被《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊接收（DOI：10.1021/acssuschemeng.3c05126）。中北大学硕士研究生王维维为第一作者。此研究得到了国家自然科学基金、山西省高等院校创新人才计划、山西省归国人才科学活动基金项目等项目的支持。

在这项工作中，作者先合成了一种新型含降冰片烯结构的苯并噁嗪（PH-5n2m）并将其与含可裂解键的单体2,3-二氢呋喃（DHF）共聚合成了一系列含有不同质量分数DHF的共聚物（PH-5n2m/DHF-x）。通过热固化制备出了具有良好热性能的可降解聚苯并噁嗪。得益于降冰片烯的特殊结构，其中含有的双键结构会在反应时和DHF共聚，从而将可裂解键引入苯并噁嗪树脂结构中。由于DHF经开环易位聚合反应所得的聚（2,3-二氢呋喃）（PDHF）中含有丰富的主链烯醇醚键，其可以在酸性条件下降解，因此聚合物网络可以在温和的条件下降解，且在降解碳纤维增强树脂基复合材料时几乎不会对碳纤维造成损伤。

图1 (a) PH-5n2m的合成；(b) PH-5n2m与DHF的共聚反应；(c)不同固化阶段共聚物的状态

图2 (a) PH-5n2m体系和PH-5n2m/DHF体系固化产物的力学性能; (b-e) PH-5n2m体系和PH-5n2m/DHF体系固化产物断裂面SEM图像; (f) PH-5n2m和PH-5n2m/DHF-x的TGA曲线和(g) DTG曲线

图3 (a)不同共聚物的可降解特性; (b)失重图; (c)降解溶液的FT-IR光谱和降解低聚物的结构式; (d)降解机理图

图4 (a) PH-5n2m/DHF-50/CF在THF/HCl中的降解示意图;(b)其碳纤维失重示意图;(c) (c1-c1′)原始CF和(c2-c2′)回收CF的SEM图像;(d)原始碳纤维和回收碳纤维单丝拉伸强度和断裂伸长率;(e)原始CF和(f)回收CF的拉曼谱图

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.3c05126

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（责任编辑：xu）

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