新型高分子材料来了！浙大杭州科创中心科研团队《Chemical Reviews》发表动态共价高分子网络综述

自20世纪初期以来，合成高分子材料（塑料）在市场上开始扮演着越来越重要的角色，各大产业发展都离不开它的身影。但如今，随着社会的可持续发展，塑料制品带来的一系列环境问题也开始引起越来越多的关注。

图丨宁波石化开发区发布

传统高分子材料可以分为热固性和热塑性材料。热固性高分子（例如：环氧树脂基板、聚氨酯泡沫等）比热塑性高分子具有更好的尺寸稳定性和抗蠕变性，因而广受产业界青睐。但也正是因为它们的化学交联，促使这种材料无法进行重加工回收。

如何处理塑料垃圾，减少环境污染，成了令人头疼的问题。

那么，有没有一种材料，既可以保留热固性塑料的优点，又可以像热塑性塑料一样可以重复再加工、被循环使用呢？动态共价高分子网络(DCPN)给出了可能，它的出现也开始挑战我们对传统高分子的理解。

近日，一篇题为“Dynamic Covalent Polymer Networks: A Molecular Platform for Designing Functions beyond Chemical Recycling and Self-Healing”的长篇综述评论文章在国际权威综述期刊《Chemical Reviews》上发表，通讯作者为浙大杭州科创中心首批入驻科学家谢涛教授，第一作者为郑宁博士。

01

重塑未来的DCPN

动态共价键是一类在一定条件下（如：光、热、湿度刺激等）可以发生可逆交换的化学键。将动态共价键引入高分子中能形成动态共价高分子网络（Dynamic Covalent Polymer Network，简称DCPN），其具有与传统热塑性和热固性高分子迥然不同的特性。

在过去十年中，DCPN在新的动态共价化学，基本材料概念和新兴应用等方面取得了巨大的进展。该综述聚焦于化学回收（Chemical Recycling）、自修复（Self-Healing）、固态塑性（Solid-State Plasticity）以及拓扑转换（Topological Transformation）四个方面的进展，着重探讨了功能材料的网络结构设计，并展望了DCPN如何与传统热塑性和热固性高分子互补，共同塑造未来。

02

化学回收、自修复、固态塑性与拓扑转换

高分子的重复利用及回收对环境保护、能源节约起到重要作用，近来讨论度渐高。DCPN因在化学回收和自修复中的独特作用而备受关注。为此，该综述总结了DCPN在化学回收和自修复领域的最新进展，并从技术层面深入探讨了这两类应用存在的本质问题以及目前还没有真正实现工业化的原因。

此外，DCPN拥有传统热塑性和热固性高分子无法提供的功能特性。其中，最重要的性能就是固态塑性，即材料在固体状态下能发生塑性变形，从而改变永久形状，赋予材料新的性能。拥有固态塑性的DCPN在形变装置，人造肌肉和微纳米加工等领域都显示出无与伦比的设计多功能性。

拓扑结构决定了高分子的性能，从而影响其应用。为达到理想性能，高分子的拓扑结构一般经过预设计，且在材料合成后不能改变，除非他们含有能进一步聚合的“活性中心”（例如：活性聚合）。和传统结果不同的是，利用动态键能操纵高分子网络的拓扑结构，可以便捷地对拓扑结构进行后编程。由于动态键可以被反复激活，该综述中提出活性网络（living network）的概念，认为拓扑结构能转变的DCPN可以被看作活性网络。

这一概念强调了合成后网络拓扑结构的改变，包括高分子网络的持续进化和增长。综述中列举了三类利用不同机理实现的拓扑转换：利用活性链增长实现的拓扑转换、模板诱导的拓扑切换和拓扑异构（Topological Isomerization），总结了它们的显著特征和优势，并以此验证了活性网络的概念。

总而言之，与传统热固性和热塑性高分子不同，动态共价高分子是一类具有独特性能的高分子材料，未来有望与传统高分子一起为人类社会增光添彩。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c00938

本文编辑：陈小兵 罗浩强

责任编辑：吴瑶瑶

审核：王恩禹

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