美國麻省理工最新Nature：可降解和可回收熱固性塑料成為現實

【引言】?

熱固性聚合材料具有永久形狀的特性使得其在現代塑料和橡膠工業中起著關鍵作用，約占如今制造的20%的聚合物材料，在全球范圍內每年生產約6500萬噸。熱固性材料通常是由具有f交聯功能的線性預聚物交聯而合成的，所得材料具有優異的性能，但是它們通常具有未知數量的交聯鍵（c），高密度交聯化的使熱固性材料在耐化學、耐熱和抗拉強度方面表現出優異的性能，但這往往是以犧牲可降解性和可回收性為代價的。現有的制造可再加工的熱固性材料的策略集中在動態共價鍵交換、熱機械降解或用降解劑替換。其中，優化可裂解鍵在熱固性材料中的位置可能提供一種互補的方法，使用現有的制造工作流程，以較低的可裂解性鍵負載實現溫和的，化學觸發的降解和熱固性材料的回收利用。

?近日，美國麻省理工學院化學系Jeremiah A. Johnson課題組（通訊作者）根據工業化的熱固性聚雙環戊二烯（pDCPD）和開環移位聚合（ROMP）共聚單體設計的最新進展，研究表明在傳統固化工作流程中，使用共聚單體添加劑將少量可裂解鍵選擇性地安裝在熱固性材料鏈中時，所得材料可以表現出與天然材料相同的力學性能，但它們會發生輕微降解，從而產生可溶解、可回收的可控尺寸和功能產品。相反，即使在高得多的負載下，可裂解交聯的安裝也不會產生可降解的材料。該設計原理可能適用于通過反應性聚合物（圖1a）交聯形成的其他材料，包括丙烯酸，苯乙烯-二乙烯苯，硫化橡膠和硅酮，并且可能使人們能夠尋找新穎的可裂解共聚單體，從而有助于設計可持續的塑料和彈性體。這些發現表明，可裂解鍵位置的優化可以用作實現受控的熱固性降解的設計原理。此外，作者還介紹了一類可快速設計的可回收熱固性材料。相關研究成果以“Cleavable comonomers enable degradable, recyclable thermoset plastics”為題于2020年7月22日在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖一、材料設計原理

圖二、在pDCPD熱固性材料鏈中精確放置少量可降解鍵可降解為可溶產物

圖三、摻雜的pDCPD性能評估

圖四、摻雜甲硅烷基醚基iPrSi的pDCPD降解產物表征和及其回收再利用

?文獻鏈接：“Cleavable comonomers enable degradable, recyclable thermoset plastics”(Nature，2020，10.1038/s41586-020-2495-2)

本文由材料人CYM編譯供稿。