热固性环氧树脂可再生？芳香亚胺键是关键

热固性环氧树脂具有优异的机械性能、耐热/隔热性能及耐化学腐蚀性能，在材料领域应用广泛。但是，传统的热固性环氧树脂由于含有不可逆的共价键交联网络，不能重复热塑加工成型，造成大量的资源浪费和环境污染。近些年来，人们通过在环氧树脂体系中引入酯键、双烯键及二硫键等动态交联键实现了热固性环氧树脂的再加工。但是，上述策略需要高温、机压成型、金属催化剂催化、添加额外功能单体或其他特殊加工处理，这极大的增加了其生产成本，限制了其应用范围。

近日，美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的Mahdi M. Abu-Omar（点击查看介绍）研究团队通过设计合成含亚胺键的双酚功能单体，进一步糖基化后与硬化剂交联制备了新型热固性环氧树脂。该树脂具有与双酚A类热固性环氧树脂相当的热机械性能，此外，在酸、加热或水刺激下可基于亚胺键交换反应无需借助任何催化剂或额外功能单体简便实现树脂的循环再加工成型。

新型环氧树脂合成示意图及其性能测试。图片来源：Macromolecules

以商业化聚醚胺为交联固化剂制备热固性环氧树脂（EN-VAN-AP），其机械拉伸性能、耐热性能以及耐溶剂性能与双酚A基环氧树脂相当；拉伸强度和伸长率分别为4646 MPa 和4%，30 ℃玻璃存储模量为2004 MPa，玻璃化转变温度71 ℃。

EN-VAN-AP循环再加工机理。图片来源：Macromolecules

在浓盐酸辅助作用下EN-VAN-AP体系中的亚胺键在亲水性（极性）溶剂中能够发生快速可逆的水解反应，从而使得交联体系环氧树脂转变为可溶解性的低聚物，实现树脂的再加工成型。力学性能和热性能测试表明，再次干燥热交联成型的热固性环氧树脂其综合性能与初始热固性环氧树脂相当。

EN-VAN-AP可塑性和可修复性能表征。图片来源：Macromolecules

同时，体系中亚胺键存在较为活泼的交换反应；在升温条件下能够加速体系中的应力松弛，这一特性赋予树脂优异的可延展性，便于实现不同形状热固性树脂的塑造。基于该亚胺键交换反应能够简易实现树脂断面的焊接和修复，修复后（120 ℃/4 h）树脂的力学性能基本保持不变。研究人员进一步对体系中亚胺键含量和交联密度对热固性树脂耐水性的影响进行了系统探索。结果表明，与醛-胺交联体系热固性环氧树脂相比EN-VAN-AP体系具有更为优异的耐水性。此外，巧妙的利用EN-VAN-AP体系的水敏感性，可简便实现水驱动的热固性环氧树脂的再塑成型。

EN-VAN-AP耐水性测试及水驱动再塑成型。图片来源：Macromolecules

——总结——

该文作者通过将亚胺键作为动态交联键引入环氧树脂体系，构筑了新型的可再生热固性环氧树脂。相比于以往研究报道，该新型热固性环氧树脂保留了传统热固性树脂的机械性能，此外还具有可降解性、可再生能力、可塑性和可修复性能，而且无需借助金属催化、补加功能单体或苛刻的加工过程，极具应用潜能。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Recyclable and Malleable Epoxy Thermoset Bearing Aromatic Imine Bonds

Macromolecules, 2018, 51, 9816–9824, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01976

导师介绍

Mahdi M. Abu-Omar

https://www.x-mol.com/university/faculty/112