传统热固性聚合物具有优异的尺寸稳定性、耐化学性和热稳定性等优点，但无法像热塑性聚合物那样可以通过熔融来实现再加工。目前，人们对热固性聚合物回收的需求日益增长，但热固性聚合物内在的高度交联结构使得回收再利用变得困难。Vitrimer材料利用动态键交换机理，受热时能以动态方式进行可逆化学键交换，并同时在整体上保持交联结构，从而使得热固性聚合物能像热塑性聚合物那样自修复和再加工。

最近，美国华盛顿州立大学张锦文教授课题组通过精巧的结构设计，设计研发了基于丁香酚和丁二酸酐的环氧vitrimer材料，该材料具有优异的变形、裂纹修复、形状记忆和可回收的特性。该研究成果以Eugenol-Derived Biobased Epoxy: Shape Memory, Repairing, and Recyclability为题发表在国际重要学术期刊《Macromolecules》上，论文第一作者为刘湍博士后研究员。

▲ 图1. （a）丁香酚环氧的合成路线图；（b）丁香酚环氧和丁二酸酐的固化反应路线图及环氧vitri

不同于以往多数vitrimer材料使用石油化工产品作为原料，该研究团队创新性地以可再生生物基丁香酚为原料，与丁二酸酐进行固化，制备而成的环氧vitrimer材料中具有高达65%的生物质占比。制得注意的是，为达到最佳可逆化学键交换作用，学术界常用环氧：酸酐1:0.5作为原料配比，而该团队也同时研究了更利于工业界中使用的1:0.7和1:1配比。以环氧：酸酐1:0.5为配比制备的vitrimer材料在高温中进行快速酯交换反应，使得交联聚合物网络达到快速应力松弛，实现材料的变形、裂纹修复和物理回收。以环氧：酸酐1:0.75和1:1为配比制备的vitrimer材料虽应力松弛较慢，但仍具有变形和裂纹修复的性能。以上三种配比制备的环氧vitrimer材料内在含有乙酰丙酮锌催化剂，因而都能在160 ℃下利用环境友好的乙醇进行降解。降解后的聚合物在190 ℃下加热3小时后，可再次转化为新的vitrimer材料。该研究结合了vitrimer制备、化学回收和生物基聚合物的优点，为将来可持续聚合物材料的研究提供了重要的设计思路。

▲ 图2. 环氧vitrimer材料的应力松弛现象和变形性能

▲ 图3. 环氧vitrimer材料的裂纹修复性能

▲ 图4. 环氧vitrimer材料的物理回收和化学回收性能

▲ 图5. 环氧vitrimer材料的形状记忆性能

参考文献：

Tuan Liu, Cheng Hao, Liwei Wang, Yuzhan Li, Wangcheng Liu, Junna Xin,Jinwen Zhang. Eugenol-Derived Biobased Epoxy: Shape Memory, Repairing, andRecyclability, Macromolecules, 2017, 50, 8588-8597

全文链接：

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.7b01889

来源：高分子科学前沿 撰稿人：Liwei

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