通过引入动态键可以制备可降解和可回收的热固性材料，但动态键的引入往往会降低材料的机械性能和热稳定性，无法在可降解性、机械性能和热稳定性之间取得平衡。近日，中北大学王智教授课题组针对这一问题在《ACS Applied Polymer Materials》期刊发表名为：“Preparation of high-performance thermosetting polyurethanes for rapid degradation and recycling via quadruple boron-oxygen bonds”的文章。
硼氧化合物是制造机械坚固的聚合物材料的良好候选者，因为硼氧化合物可以实现高交联密度的聚合物网络，除此之外，硼氧键的动态可逆性使材料具有优异的降解和回收性能。在此基础上，该文章以含有丰富的硼氧化物和苯环刚性部分的1,4-苯二硼酸作为动态交联剂合成热固性聚氨酯，并将其命名为BPU1.5(字母缩写中的B表示交联剂，数字表示HDI与PTMEG的比例)。为了研究1,4-苯二硼酸对聚氨酯性能的影响，该文章还研究了不同配比的聚氨酯(BPU1.5、BPU1.8、BPU2.2)与不同交联剂(四羟基二硼烷、赤藓糖醇)(TBPU1.5、RPU1.5)对聚氨酯性能的影响。
图1 (a) BPU和对照组（TBPU、RPU）的合成过程; (b) BPU分子结构示意图。
结果表明，1,4-苯二硼酸作为动态交联剂，一方面为BPU1.5提供了优良的交联结构，使得BPU1.5具有稳定的力学性能(抗拉强度高达34.0 MPa)和优异的热性能(5%失重温度为337.0℃)。
图2 (a)不同配比聚氨酯的力学性能; (b)不同聚氨酯的机械性能; (c-e) BPU1.5、TBPU1.5和RPU1.5在100%、200%、300%、400%和500%变形时的循环应力-应变曲线; (f) BPU1.5、TBPU1.5、RPU1.5的阻尼能力。
图3 (a) BPU1.5、BPU1.8、BPU2.2的TGA曲线; (b) BPU1.5、TBPU1.5和RPU1.5的TGA曲线; (c) BPU 1.5的T5%与其他类似聚氨酯的比较
另一方面，由于四重硼氧键的存在，使得该聚氨酯不仅具有优良的回收性能，同时具有快速降解的能力(在0.1 M Hcl/THF下106分钟完全降解)。
图4 (a)室温下在0.1 M Hcl/THFBPU1.5、TBPU1.5和RPU1.5的降解照片; (b)在0.1 M Hcl/THF条件下BPU1.5与TBPU1.5的质量损失; (c)不同浓度不同酸对BPU1.5的降解时间; (d) BPU1.5在0.1 M Hcl中在不同溶剂中降解4h; (e) BPU1.5的降解示意图; (f) BPU 1.5与其他同类聚氨酯降解时间和降解环境的比较。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsapm.4c01961
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