近日，我院在構筑高強高韌可降解環氧樹脂方面取得新的研究進展，研究成果在國際TOP期刊《Nature Communications》上發表了題為“Closed-Loop Recycling of Tough Epoxy Supramolecular Thermosets Constructed by Hyperbranched Topological Structure”的高水平研究性論文（原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49272-3）。我院張俊珩副教授為論文第一作者，張俊珩副教授、張宏俊教授和張道洪教授為論文的共同通訊作者，中南民族大學為論文的第一通訊單位。
環氧樹脂具有優異的耐腐蝕性能、機械性能和工藝性能等特點，被廣泛應用于航空航天、風電等領域，但環氧樹脂依然面臨強度和韌性的矛盾、固化產物難以降解和循環利用等難題。為此，中南民族大學超支化聚合物團隊將超支化拓撲結構引入環氧樹脂中，先后在超支化環氧樹脂的構筑與結構調控（Chem. Eng. J: 2018, 334, 1371; Polymer, 2019, 164, 154; Prog. Mater. Sci. 2022, 130, 100977）、環氧樹脂的高效增強與增韌（Adv. Mater.,2024, 36, 2308434; ACS Macro Lett, 2021, 10, 1113; Macromolecules, 2022, 55, 595; Chem. Eng. J.: 2023, 465, 142998; 2023, 471, 144329）、以及環氧樹脂高效降解與回收（Nat. Sustain., 2020, 3, 29; Green Chem., 2022, 24, 6900; Macromolecules, 2023, 56, 5290; ACS Sustain. Chem. Eng., 2023, 11, 11077）等方面取得了系列成果，系統總結了生物基超支化環氧樹脂的制備方法及循環利用策略（Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 624）。該工作提出基于超支化分子拓撲結構構筑了含有氫鍵交聯、動態酯交換和動態亞胺交換超分子網絡的可閉環回收環氧樹脂（圖1），賦予了環氧樹脂高強度、高模量、高韌性，力學性能全面超越了商業化的雙酚A型環氧樹脂。超分子環氧樹脂的高強度和高韌性源于超分子網絡的拓撲結構，通過模擬計算，進一步揭示了超分子環氧樹脂的氫鍵解離重組過程及運動機制。具有高度支化結構的超支化聚合物實現了環氧樹脂自由體積孔尺寸的降低和致密化，賦予材料高強度；超支化聚合物誘導形成的高密度氫鍵通過在外力作用下的可逆斷裂和重建增加了整個網絡體系的能量耗散能力，賦予其高韌性。此外，該超分子環氧樹脂具有可循環加工及自修復性能，在室溫下實現降解和回收，力學性能修復率接近于100%，成功實現了環氧樹脂的閉環化學回收。這一創新性工作為構筑具有高強高韌、可降解、可回收的高性能環氧樹脂提供了新的思路，為推動高分子材料循環經濟的可持續發展具有重要意義。
圖1.超分子環氧樹脂的內部分子間相互作用（a）和超分子網絡結構的分子動力學模擬（b- c）
張道洪教授領銜的超支化聚合物團隊入選了湖北省自然科學創新群體、湖北省科技創新團隊和國家民委創新團隊，依托于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，團隊主持國家自然科學基金重點項目/面上/青年項目15項、省重大重點和企業委托項目30余項，獲授權國際、國家發明專利70余件。部分成果獲中國石油和化學工業聯合會科學技術發明獎一等獎2項、湖北省科學技術發明獎一等獎1項。實現超支化聚合物系列產品的產業化，建成國內規模最大的年產千噸級超支化聚合物生產示范線，為國內200余所高校和科研院所提供超支化聚合物研究類產品，為400余家國內外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可持續健康發展。
作者：張俊珩 責編：王立 審核：祁帆 發布：艾麗菲拉 發布時間：2024-06-09
