寧波材料所在低粘度縮醛型可降解環(huán)氧樹(shù)脂方面取得進(jìn)展
熱固性樹(shù)脂是輕量化汽車(chē)、航天航空器、風(fēng)電、電子電器等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料用基體樹(shù)脂，用量巨大，每年大概6500萬(wàn)噸。其回收再利用對(duì)于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義，但由于永久交聯(lián)，傳統(tǒng)熱固性材料回收困難，這是該領(lǐng)域迫切需要解決的難題，也是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)中關(guān)注的重要問(wèn)題之一。
近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)馬松琪研究員等人基于可解離的化學(xué)鍵發(fā)展了一系列易回收熱固性樹(shù)脂。為了得到高性能且耐水的縮醛型可降解熱固性樹(shù)脂，設(shè)計(jì)合成了含苯聯(lián)螺環(huán)二縮醛、苯聯(lián)并環(huán)二縮醛和苯聯(lián)單環(huán)縮醛結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、力學(xué)強(qiáng)度等與傳統(tǒng)雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂相當(dāng)甚至更高（J. Mater. Chem. A, 7, 1233-1243 (2019)；Eur. Polym. J., 117, 200-207 (2019)；Green Chem., 22, 1275-1290 (2020)；ACS Sustain. Chem. Eng., 8, 11162-11170 (2020)）。
近期，他們首次從成型加工角度設(shè)計(jì)合成了低粘度可降解環(huán)氧單體，可以通過(guò)真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑（VARTM）成型工藝，制備出性能優(yōu)異的易回收碳纖維復(fù)合材料。通過(guò)分子設(shè)計(jì)，在環(huán)狀縮醛結(jié)構(gòu)上引入乙基或甲基后，環(huán)氧單體的規(guī)整性被打破，分子間相互作用減弱，得到了三種低粘度的環(huán)氧單體，粘度最低達(dá)到0.7Pa·s，遠(yuǎn)低于雙酚A環(huán)氧單體（陶氏DER331）的粘度（10Pa·s）。三種環(huán)氧的固化活性高，以異佛爾酮二胺固化后具有優(yōu)異的熱學(xué)、力學(xué)性能。由于低粘度，可以通過(guò)真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑（VARTM）成型工藝制備碳纖維復(fù)合材料。得到的復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度（635.9±24.1MPa）、楊氏模量（25.5±0.7GPa）和斷裂伸長(zhǎng)率（5.9±0.9%）。由于縮醛環(huán)氧樹(shù)脂基體優(yōu)異的降解性能，復(fù)合材料浸泡在0.1mol L-1HCl丙酮/H2O（9:1，v/v）溶液中室溫24h，可回收碳纖維，回收的碳纖維表面無(wú)樹(shù)脂殘留。且由于回收條件溫和，避免了對(duì)碳纖維表面形貌、化學(xué)成分和機(jī)械性能的損傷，使回收的碳纖維可以多次重復(fù)使用。再生得到的碳纖維復(fù)合材料，保持了原始碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)異熱學(xué)、力學(xué)性能。此工作將引導(dǎo)可降解熱固性樹(shù)脂研究人員從加工和性能兩方面開(kāi)展分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，有利于推動(dòng)該類(lèi)樹(shù)脂的應(yīng)用。相關(guān)結(jié)果已申請(qǐng)專(zhuān)利（CN201910202650.7），并發(fā)表在復(fù)合材料權(quán)威期刊Composites Science and Technology 219, 109243 (2022)（DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109243）上。
以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（51773216、52073296）、寧波市公益類(lèi)計(jì)劃項(xiàng)目（202002N3091）和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2018335）的支持。
低粘度可降解縮醛型環(huán)氧單體以及易回收碳纖維復(fù)合材料的制備
（高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 李鵬云）