具有可再加工和自修复能力的高性能交联聚合物材料及其结构性能关系研究一直是高分子科学中备受关注的研究课题。环氧树脂作为一种常见的典型热固性聚合物具有许多优异的物理和化学性质,在众多领域有着广泛的应用,但其交联结构导致它难以再加工循环利用。近年来通过引入Diels-Alder(DA)键等可逆共价键,文献报道了多种具有热修复和再加工能力、以及具有形状记忆性质的热可逆交联环氧树脂的制备与应用,但其微观的动态交联结构与宏观性能关系的研究很少报道。为了阐明热可逆交联环氧树脂中微观结构与性能的关系,南开大学化学学院孙平川研究员在《高分子学报》2018年第7期“何炳林先生诞辰100周年纪念”专辑发表的论文中采用热分析、13C变温原位固体核磁共振技术和力学性能测试等多种表征技术,详细研究了该热可逆交联聚合物中的热可逆转变过程、动态交联化学键演化以及交联度对力学性能的影响。
通过DSC和DMA等热分析研究结果表明,可逆共价键的化学交联作用提高了材料的玻璃化转变温度,随着交联度的增大,热可逆共价键交联网络及玻璃化转变协同作用导致材料软化温度显著提高,进而提高了材料的耐热性。通过变温13C直接极化(DP)和交叉极化(CP)两种不同的固体NMR实验技术原位监测了DA/retro-DA反应过程,发现该热可逆交联环氧树脂中DA反应形成的交联网络结构可以在高温解交联,生成呋喃与马来酰亚胺小分子化合物,而低温时呋喃与马来酰亚胺化合物又再次反应得到DA加成结构,进而从分子水平上为材料的热可逆交联特性提供了关键的实验证据。而原样品和溶液法再加工样品的力学拉伸实验结果表明,可逆交联DA反应不但使样品具有较高的力学强度,而且使交联聚合物具有了很好的再加工能力。
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