川大王玉忠院士/陈力教授团队在含“宽温域”动态磷酸酯网络的火安全环氧树脂方面取得新进展

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共价自适应性网络（CANs）能够在特定的外界刺激下发生化学键的可逆断裂和重构，这一特性为热固性树脂的回收和再加工提供了可能。同时，CANs能够赋予这类热固性高分子材料一些新的功能特性，如可焊接、自修复及刺激响应行为。然而，相比于永久交联的热固性高分子材料，CANs聚合物常面临机械性能、热稳定性等使用性能与动态交换活性难以平衡等问题，限制了其在高性能领域的应用。此外，不管是永久交联的化学网络，还是共价自适应性网络，以环氧树脂为代表的高分子材料易燃，燃烧时烟毒释放量大，存在不可忽视的火灾安全隐患。因此，如何提升具有CANs的环氧树脂的使用性能，同时维持其优异的动态响应特性，增强火安全性能，是亟待解决的一大难题。
四川大学王玉忠院士课题组报道了一种集优良力学性能、较高热稳定性和本征阻燃性能于一体的磷酸酯环氧类玻璃体高分子：在环氧树脂固化剂分子结构中引入动态磷酸酯键，构筑具有动态磷酸酯网络（APNs）的环氧类玻璃体高分子（Vitrimer）；通过调节APNs与永久交联结构的占比，从而实现对材料力学性能、松弛行为和动态响应性能的同步调控。在室温下，Vitrimer表现出与传统芳香胺固化环氧树脂相当的力学性能和热稳定性能。在热转变温度以上，Vitrimer可表现出优异的形状记忆、划痕/断面修复和多次重复加工行为，并且再加工后的热性能、阻燃性能得以维持。在材料燃烧温度下，磷酸酯基团的引入能够赋予环氧树脂阻燃性能，显著降低燃烧过程中的热、烟和毒性气体（以CO为例）的释放。

基于材料表现出的“宽温域”响应特性，作者利用该Vitrimer设计了一种火灾预警开关，其能够在高温或明火触发下通过形状的快速、多次可逆回复实现火灾预警。而得益于Vitrimer良好的阻燃和热稳定性，直接的火焰施加并不会对响应装置造成破坏。
这项工作弥补了传统的刺激响应高分子难以在高温下使用的缺陷，实现了共价自适应高分子材料在力学性能、热稳定性能与动态响应行为之间的平衡，为制备高性能共价自适应性高分子材料提供了一种新的思路。该研究以“Adaptable Phosphate Networks towards Robust, Reprocessable, Weldable, and Alertable-Yet-Extinguishable Epoxy Vitrimer”为题发表在Research上。四川大学为第一单位，化学学院王玉忠院士和陈力教授为该论文通讯作者，四川大学博士研究生逯佳慧为论文第一作者。感谢国家自然科学基金委经费支持。

文章链接：

https://doi.org/10.34133/2022/9846940

来源：四川大学化学学院

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