中南民族大学张道洪教授团队《Nature Sustainability》：在超支化聚合物领域取得新进展
近日，中南民族大学张道洪教授课题组报道了一种可降解循环利用的超支化环氧树脂，研究成果以“可循环利用的含六氢均三嗪结构的热固性超支化聚合物”（“Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine”）为题发表在《自然—可持续发展Nature Sustainability, DOI:10.1038/s41893-019-0444-6》杂志。中南民族大学许泽军老师和硕士研究生梁叶云为论文的共同第一作者，张道洪教授为唯一通讯作者，中南民族大学系第一作者单位，合作者包括澳大利亚CSIRO的Principal Scientist苗孟河博士和武汉工程大学的陈苏芳博士。Nature Sustainability系Nature子刊，旨在推动可持续发展领域的多学科交叉，该刊除鼓励基础研究外，还发表关于应用性、问题解决性以及政策相关性的高质量文章。
环氧树脂具有优异的耐腐蚀性、机械性能、工艺性能、粘接性能等特点，被广泛应用于航空航天、风电等领域（图1）。环氧树脂强度和韧性的矛盾、固化产物的难降解和循环利用等难题，对环境和人类社会的可持续发展产生了重大影响。课题组面对这些关键问题，将环氧树脂设计为超支化的拓扑结构有效解决了增强和增韧相互矛盾的难题，提出了原位均相增强增韧机理。
图1. 环氧树脂复合材料用于航空航天和风电领域.
针对环氧树脂固化产物降解和循环利用的难题，在国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体和湖北省技术创新专项重大等项目资助下，团队通过详细分析和研究，与其它可逆化学键（如烯夫碱、过硫键等）相比，六氢均三嗪结构具有更高的机械性能，可保持环氧树脂高性能，以此为基础，团队通过引入可降解的六氢均三嗪结构来设计可降解循环利用超支化环氧树脂（图2）。该聚合物在保证其优异的机械性能和热性能的前提下，固化后具有相对温和的降解条件（磷酸溶液/90℃），降解产物（2-氨基苯甲醇）的回收率高达85%，实现了高性能环氧树脂的循环利用。该研究为设计和合成可降解热固性聚合物提供了新方法，为热固性聚合物及其复合材料的回收循环利用开辟了新途径。
图2. 可降解热固性超支化聚合物的合成路线与循环利用示意图.
张道洪教授率领的研究团队入选了湖北省自然科学创新群体，依托中南民族大学化学与材料科学学院、催化转化与能源材料化学教育部重点实验室和超支化聚合物合成与应用技术湖北省工程研究中心，长期从事超支化聚合物合成及应用研究，团队主持“超支化聚合物”领域的国家自然科学基金项目10项、省重大重点和企业委托项目30余项，获授权国家发明专利45件。创建武汉超支化树脂科技有限公司，实现超支化聚合物系列产品的产业化，建成年产千吨级超支化聚合物生产线，为国内百余所高校和科研院所提供超支化聚合物，为国内主要工程塑料加工企业供应高性能的节能加工助剂和关键技术，促进了国内高分子材料的健康发展。部分成果获湖北省科学技术发明奖一等奖、中国石油与化学工业联合会科学技术发明奖一等奖等荣誉。近几年课题组在超支化聚合物合成（Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6; Chem. Eng. J., 2018, 343: 283；Chem. Eng. J.,2018, 334:1371; Chem. Eng. J., 2020, 281,122719: 1；Compos. Part B-Eng., 2019, 160: 615; Prog. Org. Coat., 2019, 127:157）和超支化聚合物应用（ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11,39: 36278；Chem. Eng. J., 2019, 371: 145；Nanoscale, 2019, 11, 7188；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9,23:19900）领域的代表性成果促进了相关领域快速健康发展。
文章信息：
Zejun Xu#, Yeyun Liang#, Xu Ma, Sufang Chen, Chenglong Yu, Yimei Wang, Daohong Zhang* and Menghe Miao. Recyclable thermoset hyperbranched polymers containing reversible hexahydro-s-triazine, Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6.
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41893-019-0444-6
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