美国麻省理工最新Nature：可降解和可回收热固性塑料成为现实

【引言】

热固性聚合材料具有永久形状的特性使得其在现代塑料和橡胶工业中起着关键作用，约占如今制造的20%的聚合物材料，在全球范围内每年生产约6500万吨。热固性材料通常是由具有f交联功能的线性预聚物交联而合成的，所得材料具有优异的性能，但是它们通常具有未知数量的交联键（c），高密度交联化的使热固性材料在耐化学、耐热和抗拉强度方面表现出优异的性能，但这往往是以牺牲可降解性和可回收性为代价的。现有的制造可再加工的热固性材料的策略集中在动态共价键交换、热机械降解或用降解剂替换。其中，优化可裂解键在热固性材料中的位置可能提供一种互补的方法，使用现有的制造工作流程，以较低的可裂解性键负载实现温和的，化学触发的降解和热固性材料的回收利用。

近日，美国麻省理工学院化学系Jeremiah A. Johnson课题组（通讯作者）根据工业化的热固性聚双环戊二烯（pDCPD）和开环移位聚合（ROMP）共聚单体设计的最新进展，研究表明在传统固化工作流程中，使用共聚单体添加剂将少量可裂解键选择性地安装在热固性材料链中时，所得材料可以表现出与天然材料相同的力学性能，但它们会发生轻微降解，从而产生可溶解、可回收的可控尺寸和功能产品。相反，即使在高得多的负载下，可裂解交联的安装也不会产生可降解的材料。该设计原理可能适用于通过反应性聚合物（图1a）交联形成的其他材料，包括丙烯酸，苯乙烯-二乙烯苯，硫化橡胶和硅酮，并且可能使人们能够寻找新颖的可裂解共聚单体，从而有助于设计可持续的塑料和弹性体。这些发现表明，可裂解键位置的优化可以用作实现受控的热固性降解的设计原理。此外，作者还介绍了一类可快速设计的可回收热固性材料。相关研究成果以“Cleavable comonomers enable degradable, recyclable thermoset plastics”为题于2020年7月22日在线发表在Nature上。

【图文导读】

图一、材料设计原理

图二、在pDCPD热固性材料链中精确放置少量可降解键可降解为可溶产物

图三、掺杂的pDCPD性能评估

图四、掺杂甲硅烷基醚基iPrSi的pDCPD降解产物表征和及其回收再利用

文献链接：“Cleavable comonomers enable degradable, recyclable thermoset plastics”(Nature，2020，10.1038/s41586-020-2495-2)

本文由材料人CYM编译供稿。