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    西安交大張彥峰研究員和西北工大顧軍渭教授合作開發一種新型廉價可回收利用自修復形狀記憶高分子材料
    2019-05-06  來源:中國聚合物網

      西安交通大學張彥峰研究員與西北工業大學顧軍渭教授在《ACS Macro Letter》期刊上聯合發表了題為“Tunable and Processable Shape-memory Materials Based on Solvent-Free, Catalyst-free Polycondensation between Formaldehyde and Diamine at Room Temperature”的研究論文(ACS Macro Lett., 2019, 8, 582-587)。論文共同第一作者為西安交通大學理學院雷恒鑫和中國工程物理研究院王勝男,西安交通大學張彥峰研究員和西北工業大學顧軍渭教授為本文的共同通訊作者。

    圖1 a)半縮胺醛動態交聯網絡的合成機理;b)可塑性熱固樹脂的熱壓加工成型過程。

      傳統熱固性樹脂具有高度穩定的共價鍵交聯結構很難實現再加工利用,因而造成極大的環境污染。相反,具有動態重組性的可逆動態共價鍵能夠賦予交聯聚合物良好的可加工性、回收性和其他優異的性能,使其在航空航天、生物醫學和建筑等領域擁有更大的應用潛力。

      本論文利用二胺與甲醛之間一步縮合反應制備了一種半縮胺醛動態共價網絡(HDCN),該反應具有無需催化劑、反應快、100%原子利用率、原料易得且室溫即可反應的特點。制備得到的熱固樹脂采用粉碎-熱壓的方法可以進行可塑加工,且成型的樣品具有良好的形狀記憶性能、自修復性能、可循環回收和耐溶劑性。其中,利用4,4’-二氨基二苯甲烷(MDA)與甲醛制備的HDCN具有較強的力學性能:其楊氏模量和拉伸強度分別為1.6 GPa和60 MPa;同時它的形狀回復率能夠達93.5%,自修復后材料的力學性能能夠恢復至修復前的95%以上。另外,通過向體系中引入不同含量的聚醚胺(PEDA)能夠調節材料的力學性能同時改變加工條件。當PEDA的摩爾含量為胺總量的30%時,其楊氏模量和拉伸強度仍然能保持在0.8 GPa和35 MPa之上;并且,其形狀恢復速率較純MDA體系明顯加快:30 s內就可以完成形狀的恢復,同時形狀回復率仍能保持在95%。

    圖2 a)MDA與甲醛反應體系得到的樹脂宏觀形狀記憶過程;b)DDM與體系通過動態機械分析(DMA)得到的形狀恢復結果;c)MDA體系得到的材料的自修復過程;d)修復前后材料的拉伸應力-應變曲線及力學數據。 e)加入不同含量PEDA后得到的樹脂的拉伸應力-應變曲線;f)含有不同含量PEDA的樹脂的楊氏模量和拉伸強度。

      該研究工作得到了國家自然科學基金(NOs. 51873170, 21604067, 51803165, 21805257),西安交通大學“青年拔尖計劃”和西安市科技局重點實驗室建設項目(201805056ZD7CG40)的資助。

      論文信息及鏈接:

      Hengxin Lei,? Shengnan Wang,? Der Jang Liaw, Yilong Cheng, Xutong Yang, Jidong Tan, Xingxing Chen, Junwei Gu,* and Yanfeng Zhang*. Tunable and rocessable Shape-memory Materials Based on Solvent-Free, Catalyst-free Polycondensation between Formaldehyde and Diamine at Room Temperature. ACS Macro Lett., 2019, 8, 582-587.

      https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsmacrolett.9b00199

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