半芳香性聚酰胺是一类性能优异的工程塑料,其通常通过缩聚反应合成。然而,传统半芳香性聚酰胺材料仍然面临聚合反应条件苛刻,分子量难以控制,以及聚合物化学回收难等问题。
四川大学朱剑波教授课题组长期致力于新型可持续聚合物的设计与可控合成,(J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 7788-7798, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400196, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405382, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202117639, Nat. Commun. 2023, 14, 3198, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20591-20597) 通过发展新型聚合方法,(Nat. Catal. 2023, 6, 720-728, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202419494, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202422147, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 1147-1154),及详细研究聚合物结构与性能之间的关系,课题组成功开发出一系列结构新颖、性能优异且绿色可持续的新型高分子材料。
针对上述问题,作者设计了一类新型苯并内酰胺单体(BLMR),该单体通过可控开环聚合反应制备高分子量半芳香性聚酰胺P(BLMR)。所得聚合物不仅展现出优异的材料性能,同时在稀溶液中能降解回到单体,且回收单体能再聚合生成P(BLMR),从而建立材料闭环循环体系。
首先,作者通过简单两步合成了苯并内酰胺(BLMR)单体,这些BLMR单体具有高活性,能通过开环聚合制备出分散度窄、分子量可控的半芳香性聚酰胺P(BLMR),聚合物分子量最高可达115 kDa(图1)。
图1 BLMR的开环聚合
接着,作者对获得的半芳香性聚酰胺P(BLMR)进行了性能表征(图2)。与传统PA6相比,P(BLMR)展现出优异独特的材料性能:1)优异的热稳定性,热失重温度Td,5%高达341–368 °C,玻璃化转变温度Tg为71–134 °C;2)突出的耐水性,其中P(BLMHex)在纯水中浸泡一周后,吸水率低至0.55%;3)可调控的机械性能,P(BLMHex)断裂伸长率最高可达384±20%;4)优异的光学透明性,可见光的透射率最高为91%。
图2 聚合物性能表征
最后,作者对P(BLMR)的化学可回收性进行了探究(图3)。在100–150 ℃的稀溶液体系中,采用t-BuOK与La[N(SiMe3)2]3组成的混合催化剂,可实现P(BLMR)的高效化学回收。回收的单体可再聚合生成P(BLMR),从而建立材料闭环循环体系。
图3 聚合物的解聚
综上所述,作者设计了一类新型的苯并内酰胺(BLMR)单体,得到了一类兼具高性能和化学可回收性的半芳香性聚酰胺材料,为可持续高分子材料的开发提供了重要参考,优异的综合性能(热稳定性、机械性能、低吸湿性、透明度)使其具有较好的应用前景。
该工作以题为“Ring-Opening Polymerization Enables Access to High-Performance Aliphatic-Aromatic Polyamides with Chemical Recyclability”发表于《Angewandte Chemie International Edition》。文章第一作者为四川大学化学学院博士研究生唐香婷,通讯作者为四川大学化学学院朱剑波教授和蔡中正副研究员。特别感谢国家自然科学基金委、四川大学的经费支持。
文章链接:https://doi.org/10.1002/anie.202505310
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