可循环再利用的阳离子-π交联热固性树脂

shangxuanyue

        近日，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室（筹）常冠军副研究员在《Advanced Materials》上发表题为“High-Performance PH-switchable Supramolecular Thermosets via Cation–π Interactions”的论文。《Advanced Materials》是材料与化学大领域的国际顶级期刊，在国际材料领域享誉盛名，截至发稿时间即时影响因子为21.106。该期刊以通讯文章接收发表材料和化学领域相关的顶尖科研成果。这是西南科技大学首次在该期刊上以第一通讯单位发表高水平科研成果，标志着该校的环境和能源材料研究水平达到了一个新高度。

        刚性骨架高性能聚合物具有良好的热性能和机械性能，被广泛应用在航空航天和微电子等高新技术领域。近年来，随着国民经济的发展，传统高性能聚合物材料已不再满足人们更为苛刻的应用需求，例如更加优异的热稳定性和机械强度等。众所周知，通过聚合物分子链间交联的方式可以进一步增强聚合物主体稳定性，提高高性能聚合物的综合性能，从而获得超高性能聚合物材料。然而，交联后的聚合物很难再循环利用，不能重铸，废弃材料只能采用燃烧和废渣填埋法处理。随着人们对环境保护和资源合理再利用要求的不断提高，这种燃烧和废渣填埋的方法势必受到限制。因此，开拓一种新的设计理念和策略使得目标聚合物形成可控的刚性骨架交联结构，从而满足人们对材料高性能的要求。另外，人们希望这种交联结构可在特定条件下解除，成功实现聚合物材料的重铸和循环利用。随着人们对高性能乃至超高性能聚合物需求量的不断扩大，高性能交联聚合物材料的回收和循环再利用将是我们共同面临的难题。因此，开发简单有效且具多样性的高性能交联聚合物及其循环利用方式是目前急需解决的科学问题。

       阳离子-π作用被认为是一种新型的非共价相互作用，其作用力强，并广泛存在于化学和生物体系中，在分子识别、蛋白质和核酸的结构与功能等许多方面起着十分重要的作用。阳离子-π作用是一种存在于阳离子和芳香性体系之间的相互作用。纵览人们对分子间阳离子-π 相互作用的研究，大多集中在对小分子的实验和理论研究，然而在对高分子聚合物领域的应用少有涉及。聚合物属于“软物质”，且具有较长的分子链，因此聚合物链之间阳离子-π相互作用远大于共价键相互作用，这种非共价交联网络进一步增大聚合物链之间的分子间作用力，提高了聚合物材料综合性能。同时，我们也注意到阳离子-π这种非共价相互作用能够在某种外界刺激的情况下解除，进而实现原始底物的还原。常冠军在High-Performance PH-switchable Supramolecular Thermosets via Cation–π Interactions”中，依据聚合物材料的“软物质”特性，通过阳离子-π相互作用获得高性能聚合物的交联结构，满足人们对高性能聚合物高热稳定性和高强度的需求，这种物理的交联方式可在外界“刺激”条件下解除，从而实现聚合物的回收和循环利用。这类研究的深入开展能够为高性能交联聚合物的构筑与再生提供新的途径和新的设计理念，发展一类用传统方法难以获得的结构新颖、性能优异、可再生修复的交联高性能材料。

       高性能聚合物物理特性的无损探测极为重要，但其实现也非常困难，是高分子科学领域的一个难点。常冠军研究小组提出的通过荧光检测聚合物材料力学性能的概念，建立了荧光与力学性能之间的关系方程，实现了荧光对力学性能的无损探测。这种非传统的方法对于新材料的开发将起到极大的促进作用。

       这次发表在《Advanced Materials》上的研究成果标志着环境友好能源材料国家重点实验室（筹）在环境能源领域开创并即将引领新的科研方向。

       据悉，该研究工作得到了国家自然科学基金委《聚合物链间阳离子-π相互作用的构筑与作用机理的研究》（11447215）、《金属配位交联高性能聚合物的构筑及其络合/解离机理研究》（21504073）、四川省科技厅杰出青年培育计划（2016JQ0055）、西南科技大学龙山学术人才科研支持计划和国家留学基金委的经费支持。