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  雙酚A縮水甘油醚（簡稱 DGEBA）作為一種常見的環(huán)氧樹脂（EP），由于其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、對碳纖維的強(qiáng)附著力以及良好的加工性能，被廣泛用作碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（carbon fiber-reinforced polymers，CFRPs）的樹脂基體。然而，DGEBA 體系面臨三大主要挑戰(zhàn)：（i）其石化來源及雙酚A潛在釋放所帶來的環(huán)境問題；（ii）由于碳?xì)涔羌芙Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致的高易燃性；以及（iii）由于其永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致的不可降解/不可回收性。這些問題嚴(yán)重阻礙了環(huán)氧樹脂及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的可持續(xù)化和高性能發(fā)展。

  針對上述挑戰(zhàn)，澳大利亞斯威本科技大學(xué)杰出教授王浩（之前也就職南昆士蘭大學(xué)），南昆士蘭大學(xué)宋平安教授/霍思奇博士在《Advanced Science》上發(fā)表題目為“Strong, Recyclable, Bio-Based Vitrimers by Tailored Rigid-Flexible Structures for Advanced Carbon Fiber-Reinforced Polymers”的研究論文。本研究提出了一種新穎的高性能生物基vitrimer（F9T1）設(shè)計策略，該體系通過利用兩種完全生物基環(huán)氧單體（硫辛酸基環(huán)氧單體DGETA與阿魏酸基環(huán)氧單體DGEFA）構(gòu)建剛-柔兼?zhèn)涞膭討B(tài)共價網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)。該設(shè)計策略利用了DGEFA的剛性共軛結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度和成炭能力；同時，DGETA 所含的柔性二硫鍵骨架不僅引入了額外的阻燃基團(tuán)，還賦予材料可回收性，從而在機(jī)械穩(wěn)健性、阻燃性能和可持續(xù)性之間實現(xiàn)協(xié)同平衡。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 CF/F9T1 同樣表現(xiàn)出顯著提升的綜合性能，并且由于 F9T1 具有化學(xué)可降解性，碳纖維可實現(xiàn)完全回收。在讀博士生郭勇、宋楠楠為共同第一作者，王浩杰出教授，宋平安教授和霍思奇博士為共同通訊作者，該工作得到了南京工業(yè)大學(xué)喻源研究員、陳婷婷副教授和陳忠偉副教授的大力支持。該工作得到澳大利亞研究理事會的支持。

圖1 剛-柔一體化生物基Vitrimer的設(shè)計

圖2 通過優(yōu)化交聯(lián)實現(xiàn)優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)健性與耐久性

圖3 通過雙動態(tài)鍵實現(xiàn)的化學(xué)可降解Vitrimer

圖4 通過雙重作用機(jī)制實現(xiàn)的內(nèi)在無磷阻燃性能

圖5 在高性能可回收碳纖維復(fù)合材料（CFRPs）中的應(yīng)用

  本研究通過分子工程設(shè)計出一種新穎的剛-柔網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑策略，用于制備生物基、高性能、可回收的熱固性樹脂及碳纖維復(fù)合材料。該策略將來源于阿魏酸的剛性富苯環(huán)環(huán)氧單體與來源于硫辛酸的柔性動態(tài)環(huán)氧單體相結(jié)合，構(gòu)建出一種兼具機(jī)械穩(wěn)健性、可回收性與阻燃性的動態(tài)共價網(wǎng)絡(luò)。具體而言，來自阿魏酸單體的剛性共軛結(jié)構(gòu)單元增強(qiáng)了材料的機(jī)械強(qiáng)度與成炭能力，從而在無需磷系阻燃劑的情況下實現(xiàn)優(yōu)異的阻燃性能；而來自硫辛酸單體的柔性、含二硫鍵結(jié)構(gòu)不僅引入額外的阻燃基團(tuán)，還顯著提升了材料的可回收性。該動態(tài)共價網(wǎng)絡(luò)使碳纖維能夠在溫和條件下實現(xiàn)高效、無損回收。更為重要的是，將剛性共軛單元與柔性動態(tài)鍵結(jié)合，為調(diào)控動態(tài)共價網(wǎng)絡(luò)整體性能提供了一種普適的設(shè)計原理。因此，本研究提出了一種合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，可為可回收的高性能生物基熱固性樹脂的發(fā)展提供指導(dǎo)，并具有向聚氨酯、乙烯基酯樹脂等體系拓展應(yīng)用的潛力。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202513935