多重刺激协同作用对动态键交联的热固性聚氨酯拆解性能的影响研究

Thermosetting polymers have been widely used because of its good mechanical properties and solvent resistance. However, in the electronics industry, because the thermosetting packaging materials can’t be disassembled, a large number of electronic products become waste. Traditional methods for its recycling will not only consume a lot of resources, but also cause serious environmental pollution. Although previously developed thermosets which were fabricated based on responsive dynamic bonds can effectively be disassembled, the harsh disassembling conditions and single dismantling method limit its application. Compared with single stimulus, multiple stimulus responses are more advantageous in terms of efficiency and selectivity. Therefore, we propose to fabricate a thermosetting polymer using dynamic bonds with multiple responsive as cross-linking points. Due to adopting the synergistic effect of multiple stimuli, the thermosets can be disassembled under mild conditions. We intend to introduce the multiple responsive disulfide bonds into the cross-linked polyurethane networks. Under multiple stimuli conditions, we plan to study the variation of mechanical properties and dismantling properties of polyurethane. Through the above systematic research, there will be contribution to understand the influence of multiple stimuli on the breakage of disulfide bonds more in-depth. In addition, it is expected to realize the disassembly of thermosetting polymers under mild conditions, and then provide a new way for the recovery of the valuable electronic components or other expensive components.

热固性聚合物因具有优异的机械性能和耐溶剂性而被广泛应用。但在电子行业，因热固性电子封装材料的难以拆解，大量电子产品沦为电子垃圾。而传统回收电子垃圾的方法不仅浪费资源，而且污染环境。目前基于刺激响应性动态键发展的热固性聚合物虽能够有效实现拆解，但是苛刻的拆解条件、单一的拆解方法限制了其应用范围。与单一刺激相比，多重刺激响应在效率和选择性方面都更有优势。为此，本项目提出通过多重敏感性的动态键作为交联点来制备热固性聚合物，采用多重刺激协同作用的方法以实现其在温和条件下可拆解的设想。拟选择具有多重响应性的动态二硫键作为敏感基团，将其引入到三维交联的热固性聚氨酯中，研究多重刺激协同作用下热固性聚氨酯力学性能的变化及可拆解性。通过上述系统研究，将有助于进一步认识多重刺激对二硫键断裂的影响规律，有望实现热固性聚合物在温和条件下的可拆解，进而为核心电子元件或其它昂贵部件的回收提供一种方便的新途径。

热固性聚合物因具有优异的机械性能和耐溶剂性而被广泛应用。但在电子行业，因热固性电子封装材料的难以拆解，大量电子产品沦为电子垃圾。而传统回收电子垃圾的方法不仅浪费资源，而且污染环境。目前基于刺激响应性动态键发展的热固性聚合物虽能够有效实现拆解，但是苛刻的拆解条件、单一的拆解方法限制了其应用范围。本项目提出通过多重敏感性的动态键作为交联点来制备热固性聚合物，采用多重刺激协同作用的方法以实现其在温和条件下的快速可拆解。我们首先将多重敏感性的动态二硫键引入到热固性聚氨酯的交联网络中，制备了多重敏感性的热固性聚氨酯。随后研究了单一还原剂刺激作用下热固性聚氨酯的拆解，表明0.1g的聚氨酯在25°C、0.1g/mL DTT的DMF中完全拆解需要的时间为12h。但当采用温度和还原剂的协同作用时，随着溶液的温度从25°C升高到60°C，聚氨酯在DTT中完全拆解所需的时间从12h减少到50min。表明温度和还原剂的协同作用在聚氨酯拆解中表现出明显优势。除了温度和还原剂的协同作用之外，我们还研究了超声和还原剂协同作用对聚氨酯拆解过程的影响，发现随着超声时间的增加，聚氨酯的残余质量百分比呈指数下降，0.1g的聚氨酯在25°C条件下完全拆解的时间只需要几分钟。由此表明多重刺激的协同作用确实能够明显加速热固性聚氨酯的拆解。此外，研究表明该多重敏感性的热固性聚氨酯可作为可拆解胶粘剂使用，能够方便的实现有价值粘接部件的回收与再利用。值得一提的是动态键构建的可拆解热固性材料还兼具自修复和再成型的性能，可延长材料在使用时的寿命。总之，动态键构建的温和条件下可拆解的热固性材料能够兼顾热固性材料高机械性能、耐溶剂性的优点，使用中的自修复性能，废弃后的可拆解回收再利用性能，使得材料的使用有望实现环境友好的循环。此外，我们还发现了一种新的实现热固性聚氨酯快速拆解的普适性方法，即利用硼氢化钠还原来实现其拆解。