基于六氢均三嗪pH敏感型可降解环氧树脂的设计与合成

Achieving degradable synthetic resins is the requirement of developing circular economy and creating the conservation-oriented society. It is also the inevitable choice of sustainable development to reduce pollution. It is the special three-dimensional crosslinking network structure, which makes degradability studies of thermosetting resins very difficult. In recent years, the synthesis of stimulus-response functional polymers arouses new ideas of developing degradable epoxy resins. But still the reported degradable epoxy resins can’t be widely used. The basic reason is that the degradation condition is harsh, and corresponding thermodynamic performance can’t meet the industrial demand. Hexahydro-1,3,5-triazine is a kind of nitrogen heterocyclic structure, which is sensitive to acid environment and have good rigidity and heat resistance. This project intends to introduce hexahydro-1,3,5-triazine into the epoxy resin system by using its stimulus-response characteristics. Aiming to the different curing system, the resulting pH sensitive epoxy resins will be studied in the connection between the composition, structure and performance. The study will explore the new thinking about the synthesis of degradable epoxy resins, to lay a foundation for the future development of practical degradable thermosetting resins.

实现人工合成树脂可降解是发展循环经济，创建节约型社会的要求，也是减少污染走可持续发展道路的必然选择。由于热固性树脂三维交联网络的特殊结构，导致对这类树脂的降解性研究异常困难。近年来，刺激响应型功能聚合物的合成为可降解环氧树脂的开发提供了新思路，但已报道的几种可降解环氧树脂仍然不能被广泛应用，其根本原因是降解条件苛刻，且相应的热力学性能无法满足工业需求。六氢均三嗪是一种对酸性环境敏感的氮杂环结构，具有良好的刚性和耐热性。本项目拟将六氢均三嗪引入环氧树脂体系中，以发挥其刺激响应特性。针对不同固化体系，研究由此得到的pH敏感型环氧树脂在组成、结构和性能之间的联系。这项研究将探索可降解环氧树脂合成的新思路，为今后发展实用型可降解热固性树脂奠定基础。

实现人工合成树脂可降解是发展循环经济，创建节约型社会的要求，也是减少污染走可持续发展道路的必然选择。由于热固性树脂三维交联网络的特殊结构，导致对这类树脂的降解性研究异常困难。近年来，刺激响应型功能聚合物的合成为可降解环氧树脂的开发提供了新思路，但已报道的几种可降解环氧树脂仍然不能被广泛应用，其根本原因是降解条件苛刻，且相应的热力学性能无法满足工业需求。六氢均三嗪和席夫碱对酸性环境都表现出了敏感性，如果将两者分别设计到环氧树脂交联体系中，得到的环氧树脂可以在较为温和的酸性环境中特异性的分解为原料小分子，从而实现环氧树脂的降解和原料循环。本项目首次合成了六氢均三嗪衍生物HT-A，作为固化剂对双酚A环氧进行了固化，得到的环氧树脂可以在90℃的酸性水溶液中迅速溶解；以香草醛为原料合成了PBE-DDM和VBE-DDM，固化后的环氧树脂在23 ℃的0.1 M盐酸溶液中几乎不降解，而在50 ℃和0.1 M盐酸溶液中快速降解，实现了环氧树脂的可控降解；合成了一种三醛基单体，进而通过与二胺单体之间的席夫碱反应制备了系列希夫碱热固性树脂TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H，在温和的酸性条件下实现了回收。由于引入了刚性结构，以上几种环氧树脂表现出良好的热学和力学性能，其中PBE-DDM玻璃化转变温度达～206℃，拉伸强度达～122MPa，杨氏模量达～2646MPa。这项研究为探索可降解环氧树脂合成提供了新思路，奠定今后发展实用型可降解热固性树脂的基础。