熱固性樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，在多種領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。然而，固化后的共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)使得熱固性樹(shù)脂難以重塑和再加工，在到達(dá)使用壽命，大部分就被丟棄了，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種既能回收利用又能保持交聯(lián)聚合物優(yōu)良性能的新型材料。
利用動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵代替不可逆的共價(jià)交聯(lián)，可以將交聯(lián)聚合物回收或再利用。動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵作為交聯(lián)點(diǎn)使網(wǎng)絡(luò)重新排列，可賦予材料較高的強(qiáng)度和可模塑性，這很好地彌合了熱塑性塑料和熱固性塑料之間的差距。然而，在動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交換過(guò)程中催化劑的使用和活性物種的產(chǎn)生可能會(huì)對(duì)力學(xué)性能造成影響。
與動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵相比，非共價(jià)鍵的結(jié)合強(qiáng)度較弱，因此非共價(jià)鍵更容易在沒(méi)有催化劑的條件下斷裂和可逆地重整。更重要的是，在非共價(jià)鍵的解離和締合過(guò)程中不涉及化學(xué)鍵的斷裂和形成，因此在交換過(guò)程中幾乎沒(méi)有副反應(yīng)。然而，由于非共價(jià)鍵強(qiáng)度較弱，超分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通常不能表現(xiàn)出經(jīng)典共價(jià)交聯(lián)聚合物良好的力學(xué)性能和較高的尺寸穩(wěn)定性。
為了使交聯(lián)材料既具有優(yōu)異的力學(xué)性能，又具有多次可循環(huán)利用的性能，清華大學(xué)張希院士、徐江飛副研究員課題組提出了一種在主鏈中引入低含量非共價(jià)鍵的新策略。在這一設(shè)計(jì)中，交聯(lián)點(diǎn)為共價(jià)交聯(lián)，以確保材料的力學(xué)性能和聚合網(wǎng)絡(luò)的完整性。同時(shí)，利用具有雙官能度非共價(jià)鍵單體共聚，這樣，低含量、高結(jié)合強(qiáng)度的非共價(jià)鍵可以作為擴(kuò)鏈劑進(jìn)入主鏈，從而在幾乎不犧牲耐溶劑性的情況下賦予網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性和可回收性。除了可回收性外，非共價(jià)鍵的引入還可以通過(guò)能量耗散和重新分配應(yīng)力來(lái)顯著提高交聯(lián)聚合物的韌性。因此，可以獲得力學(xué)性能優(yōu)異、耐溶劑性好、可多次循環(huán)使用的交聯(lián)高分子材料。
通過(guò)二異氰酸酯單體、四氫鍵連接的非共價(jià)鍵二胺單體和共價(jià)二胺/三胺單體的共聚反應(yīng)，作者制備出了韌性好、可多次循環(huán)使用的交聯(lián)超分子聚脲（CSPU）。由于三胺單體的共價(jià)交聯(lián)，CSPU具有優(yōu)異的耐溶劑性和優(yōu)異的力學(xué)性能。通過(guò)加入9.7%和14.6%的含四氫鍵的二胺單體，透明膜的韌性分別達(dá)到74.17和124.17 mJ·m?3。經(jīng)過(guò)五次回收再處理的CSPU的力學(xué)性能也可以恢復(fù)到原來(lái)的95%以上，表現(xiàn)出良好的多次回收性能。結(jié)果表明，CSPU具有優(yōu)異的韌性、優(yōu)異的耐溶劑性、較高的透明性和優(yōu)良的多次回收性能。這項(xiàng)研究將為構(gòu)建具有優(yōu)異的可回收性能和力學(xué)性能的各種交聯(lián)高分子材料提供一種簡(jiǎn)便、通用的方法。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202000096
