近日，我院張道洪教授課題組報(bào)道了一種可降解循環(huán)利用的超支化環(huán)氧樹脂，研究成果以“可循環(huán)利用的含六氫均三嗪結(jié)構(gòu)的熱固性超支化聚合物”（“Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine”）為題發(fā)表在《自然—可持續(xù)發(fā)展Nature Sustainability, DOI:10.1038/s41893-019-0444-6》雜志。許澤軍老師和碩士研究生梁葉云為論文的共同第一作者，張道洪教授為唯一通訊作者，我校系第一作者單位，合作者包括澳大利亞CSIRO的Principal Scientist苗孟河博士和武漢工程大學(xué)的陳蘇芳博士。Nature Sustainability系Nature子刊，旨在推動可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的多學(xué)科交叉，該刊除鼓勵基礎(chǔ)研究外，還發(fā)表關(guān)于應(yīng)用性、問題解決性以及政策相關(guān)性的高質(zhì)量文章。
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐腐蝕性、機(jī)械性能、工藝性能、粘接性能等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電等領(lǐng)域（圖1）。環(huán)氧樹脂強(qiáng)度和韌性的矛盾、固化產(chǎn)物的難降解和循環(huán)利用等難題，對環(huán)境和人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。課題組面對這些關(guān)鍵問題，將環(huán)氧樹脂設(shè)計(jì)為超支化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效解決了增強(qiáng)和增韌相互矛盾的難題，提出了原位均相增強(qiáng)增韌機(jī)理。
圖1. 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于航空航天和風(fēng)電領(lǐng)域.
針對環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物降解和循環(huán)利用的難題，在國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體和湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)重大等項(xiàng)目資助下，團(tuán)隊(duì)通過詳細(xì)分析和研究，與其它可逆化學(xué)鍵（如烯夫堿、過硫鍵等）相比，六氫均三嗪結(jié)構(gòu)具有更高的機(jī)械性能，可保持環(huán)氧樹脂高性能，以此為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)通過引入可降解的六氫均三嗪結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)可降解循環(huán)利用超支化環(huán)氧樹脂（圖2）。該聚合物在保證其優(yōu)異的機(jī)械性能和熱性能的前提下，固化后具有相對溫和的降解條件（磷酸溶液/90oC），降解產(chǎn)物（2-氨基苯甲醇）的回收率高達(dá)85%，實(shí)現(xiàn)了高性能環(huán)氧樹脂的循環(huán)利用。該研究為設(shè)計(jì)和合成可降解熱固性聚合物提供了新方法，為熱固性聚合物及其復(fù)合材料的回收循環(huán)利用開辟了新途徑。
圖2. 可降解熱固性超支化聚合物的合成路線與循環(huán)利用示意圖.
張道洪教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)入選了湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新群體，依托中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、催化轉(zhuǎn)化與能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和超支化聚合物合成與應(yīng)用技術(shù)湖北省工程研究中心，長期從事超支化聚合物合成及應(yīng)用研究，團(tuán)隊(duì)主持“超支化聚合物”領(lǐng)域的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目10項(xiàng)、省重大重點(diǎn)和企業(yè)委托項(xiàng)目30余項(xiàng)，獲授權(quán)國家發(fā)明專利45件。創(chuàng)建武漢超支化樹脂科技有限公司，實(shí)現(xiàn)超支化聚合物系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，建成年產(chǎn)千噸級超支化聚合物生產(chǎn)線，為國內(nèi)百余所高校和科研院所提供超支化聚合物，為國內(nèi)主要工程塑料加工企業(yè)供應(yīng)高性能的節(jié)能加工助劑和關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)了國內(nèi)高分子材料的健康發(fā)展。部分成果獲湖北省科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎一等獎、中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎一等獎等榮譽(yù)。近幾年課題組在超支化聚合物合成（Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6；Chem. Eng. J., 2018, 343: 283；Chem. Eng. J., 2018, 334: 1371；Chem. Eng. J., 2020, 281, 122719: 1；Compos. Part B-Eng., 2019, 160: 615；Prog. Org. Coat., 2019, 127:157）和超支化聚合物應(yīng)用（ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11, 39: 36278；Chem. Eng. J., 2019, 371: 145；Nanoscale, 2019, 11, 7188；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9, 23:19900）領(lǐng)域的代表性成果促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域快速健康發(fā)展。
文章信息：
Zejun Xu#, Yeyun Liang#, Xu Ma, Sufang Chen, Chenglong Yu, Yimei Wang, Daohong Zhang* and Menghe Miao. Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine, Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6.
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