γ射線是一種高新的固廢物污染治理手段,具有能耗低、無(wú)二次污染、干凈清潔、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),因此發(fā)展前景廣闊。然而,γ射線輻照除引發(fā)降解反應(yīng)外,還能觸發(fā)交聯(lián)、聚合等反應(yīng),大幅調(diào)減交聯(lián)聚合反應(yīng)的發(fā)生幾率是實(shí)現(xiàn)熱固性材料可控降解的重大挑戰(zhàn)。
近期,哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院黃玉東教授團(tuán)隊(duì)制備了一種含有苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的輻照敏感環(huán)氧樹(shù)脂EP-DESN(圖1),材料可在10 kGy的劑量下實(shí)現(xiàn)快速降解(圖2)。高效降解行為可歸因于苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的級(jí)聯(lián)協(xié)同作用。苯基亞胺共軛結(jié)構(gòu)可對(duì)輻照誘導(dǎo)N-N鍵斷裂產(chǎn)生的自由基碎片起到穩(wěn)定化作用,從而抑制交聯(lián)與重組反應(yīng)。此外,苯基亞胺共軛N-N鍵斷裂產(chǎn)生的苯基-亞胺基共軛自由基可進(jìn)一步裂解活性的S-S鍵,促使樹(shù)脂發(fā)生持續(xù)的降解反應(yīng),最大限度地提升降解效率。與此同時(shí),EP-DESN表現(xiàn)出優(yōu)異的熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性,可與一些傳統(tǒng)高性能環(huán)氧樹(shù)脂相媲美。以EP-DESN為基體,制備了可降解環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維復(fù)合材料。通過(guò)輻照誘導(dǎo)環(huán)氧樹(shù)脂基體的降解實(shí)現(xiàn)高價(jià)值碳纖維的無(wú)損回收(圖3和圖4),從而促進(jìn)了循環(huán)碳纖維經(jīng)濟(jì)的概念。這項(xiàng)工作提出的基于苯基亞胺共軛N-N鍵和S-S鍵的輻照降解環(huán)氧樹(shù)脂的新策略,對(duì)制備其他輻照可降解熱固性材料具有啟示作用。該工作以“Complete Degradation of a High-Performance Epoxy Thermoset Enabled by γ?ray-Sensitive Motifs Based on the Cascaded Synergetic Strategy”為題發(fā)表在《Chemistry of Materials》。文章第一作者是哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院博士生許寧覿,通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院黃玉東教授和胡楨教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。
圖4 回收碳纖維的力學(xué)性能、熱性能與化學(xué)結(jié)構(gòu)
該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于可降解熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。作為一類在航空航天、交通運(yùn)輸、風(fēng)能產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的高性能熱固性材料,材料降解回收的研究將改變?nèi)藗儗?duì)熱固性復(fù)合材料不可循環(huán)回收利用的刻板印象,有望推動(dòng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對(duì)于節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等具有重要意義。更多關(guān)于熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料降解回收的研究工作可參見(jiàn)(Mater. Horizons,9,1495-1502; ACS Sustainable Chem. Eng., 2020,8,1943–1953; Compos.Sci.Technol., 2021,203,108589-108596;Polym. Chem., 2022, 10.1039/D2PY00200K; ACS Appl. Polym. Mater., 2022, 4, 999–1009)。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c00728
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