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    中南民族大學張道洪教授團隊《Nature Sustainability》:在超支化聚合物領域取得新進展
    2019-12-11  來源:高分子科技
    關鍵詞:超支化聚合物

      近日,中南民族大學張道洪教授課題組報道了一種可降解循環利用的超支化環氧樹脂,研究成果以“可循環利用的含六氫均三嗪結構的熱固性超支化聚合物”(“Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine”)為題發表在《自然—可持續發展Nature Sustainability, DOI:10.1038/s41893-019-0444-6》雜志。中南民族大學許澤軍老師和碩士研究生梁葉云為論文的共同第一作者,張道洪教授為唯一通訊作者,中南民族大學系第一作者單位,合作者包括澳大利亞CSIRO的Principal Scientist苗孟河博士和武漢工程大學的陳蘇芳博士。Nature Sustainability系Nature子刊,旨在推動可持續發展領域的多學科交叉,該刊除鼓勵基礎研究外,還發表關于應用性、問題解決性以及政策相關性的高質量文章。

      環氧樹脂具有優異的耐腐蝕性、機械性能、工藝性能、粘接性能等特點,被廣泛應用于航空航天、風電等領域(圖1)。環氧樹脂強度和韌性的矛盾、固化產物的難降解和循環利用等難題,對環境和人類社會的可持續發展產生了重大影響。課題組面對這些關鍵問題,將環氧樹脂設計為超支化的拓撲結構有效解決了增強和增韌相互矛盾的難題,提出了原位均相增強增韌機理。

    圖1. 環氧樹脂復合材料用于航空航天和風電領域.

      針對環氧樹脂固化產物降解和循環利用的難題,在國家自然科學基金、湖北省自然科學基金創新群體和湖北省技術創新專項重大等項目資助下,團隊通過詳細分析和研究,與其它可逆化學鍵(如烯夫堿、過硫鍵等)相比,六氫均三嗪結構具有更高的機械性能,可保持環氧樹脂高性能,以此為基礎,團隊通過引入可降解的六氫均三嗪結構來設計可降解循環利用超支化環氧樹脂(圖2)。該聚合物在保證其優異的機械性能和熱性能的前提下,固化后具有相對溫和的降解條件(磷酸溶液/90),降解產物(2-氨基苯甲醇)的回收率高達85%,實現了高性能環氧樹脂的循環利用。該研究為設計和合成可降解熱固性聚合物提供了新方法,為熱固性聚合物及其復合材料的回收循環利用開辟了新途徑。

    圖2. 可降解熱固性超支化聚合物的合成路線與循環利用示意圖.

      張道洪教授率領的研究團隊入選了湖北省自然科學創新群體,依托中南民族大學化學與材料科學學院、催化轉化與能源材料化學教育部重點實驗室和超支化聚合物合成與應用技術湖北省工程研究中心,長期從事超支化聚合物合成及應用研究,團隊主持“超支化聚合物”領域的國家自然科學基金項目10項、省重大重點和企業委托項目30余項,獲授權國家發明專利45件。創建武漢超支化樹脂科技有限公司,實現超支化聚合物系列產品的產業化,建成年產千噸級超支化聚合物生產線,為國內百余所高校和科研院所提供超支化聚合物,為國內主要工程塑料加工企業供應高性能的節能加工助劑和關鍵技術,促進了國內高分子材料的健康發展。部分成果獲湖北省科學技術發明獎一等獎、中國石油與化學工業聯合會科學技術發明獎一等獎等榮譽。近幾年課題組在超支化聚合物合成(Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6; Chem. Eng. J., 2018, 343: 283;Chem. Eng. J.,2018, 334:1371; Chem. Eng. J., 2020, 281,122719: 1;Compos. Part B-Eng., 2019, 160: 615; Prog. Org. Coat., 2019, 127:157)和超支化聚合物應用(ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11,39: 36278;Chem. Eng. J., 2019, 371: 145;Nanoscale, 2019, 11, 7188;ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9,23:19900)領域的代表性成果促進了相關領域快速健康發展。

      文章信息:

      Zejun Xu#, Yeyun Liang#, Xu Ma, Sufang Chen, Chenglong Yu, Yimei Wang, Daohong Zhang* and Menghe Miao. Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine, Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6.

      文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41893-019-0444-6

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    (責任編輯:xu)
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