【高分子】基于三酮烯胺键的可闭环回收且可塑的聚合物网络- 大数跨境

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2023-07-18

导读：中南大学喻桂朋教授团队与科罗拉多大学博尔德分校张伟教授团队合作，提出基于动态共价化学 (DCvC) 反复交联-解交联的策略来构筑了一种可重塑可加工可闭环回收的Vitrimer高分子材料。

交联型网状聚合物由于具有永久交联的共价网络，难溶解难熔融，往往在服役后不得不废弃，造成资源浪费的同时给绿色可持续发展带来巨大压力。通过在交联聚合物中引入动态共价键，使它们能够通过键的交换而被重新塑造和再加工是一种解决上述问题的方式。然而，可逆程度的限制通常需要高温条件，从而增加聚合物热降解的风险，影响回收材料的机械性能。因此，在环境温度下的化学回收将塑料废料解聚成可溶性的低聚物，甚至是初始单体，具有重要的学术意义和工业应用价值。然而，该过程通常离不开高效的催化过程，实现温和条件下的可逆解离和闭环化学回收具有很大的挑战性。

图1. 新三酮烯胺键的结构设计。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

针对上述问题，中南大学喻桂朋教授团队与科罗拉多大学博尔德分校张伟教授团队合作，提出基于动态共价化学 (DCvC) 反复交联-解交联的策略来构筑了一种可重塑可加工可闭环回收的Vitrimer高分子材料。基于2,4,6-三甲酰基间苯三酚（Tp）与仲胺的反应，他们设计通过烯醇-亚胺的互变异构开发出一类新型的三酮烯胺结构单元。不同于传统的由芳醛-伯胺构筑的、稳定的氢键型酮烯胺结构，这种新三酮烯胺结构由Tp与仲胺构建而成，分子内氢键的缺失提高了连接键酮烯胺的可逆性。这种高度可逆的动态键为构筑可调变的交联聚合物网络奠定了坚实的基础。通过选取工业级仲胺，可制备出拉伸强度为79.4 MPa的硬质聚合物网络，且在温和条件下实现多次重塑。有趣的是，这些坚固的聚合物网络可以在环境温度下的酸碱性水溶液中完全解聚，实现简单高效的单体回收，分离率大于90%。同时，回收的单体可用于重新制备交联型聚合物材料，且不会失去固有的机械性能。这项工作为设计和创建新的可降解热固性聚合物体系以及可循环材料提供了新的思路。

这一成果最近发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是中南大学硕士研究生胡泽友，通讯作者为中南大学唐俊涛副教授、喻桂朋教授和科罗拉多大学博尔德分校张伟教授。

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