基于动态共价键及纤维素和植物油的vitrimer 纳米复合材料

One of the important strategies to reduce a series of environmental problems brought after wasted by synthetic polymer from the petroleum-based and reduce the dependency on oil resources is to develop vitrimers with reprocessing, repairable properties and to develop biodegradable bio-based polymer materials. Therefore, it is the project that couple the biodegradability of biomass derivatives with the re-moldability of vitrimers , creating a bio-based polymer material that combines biodegradability and reprocessing—one type of pristine all-bio-based vitrimers and vitrimers nanocomposites based on the dynamic covalent bond, vegetable oil, cellulose polymers, cellulose nanocrystals. Studying the relationship between the structure and kinetic controllability of dynamic covalent bond exchange, and the ultimate influence on viscoelasticity, mechanical strength, reprocessing properties and repairability of materials, so as to enrich the structure and theory of dynamic covalent chemistry and vitrimers . This study will provide a new way for the high value utilization of biomass resources such as cellulose and vegetable oil.

减少石油基合成高分子废弃后带来的一系列环境问题和减少对石油资源依赖的重要策略之一就是发展具有再加工成型、可修复性的vitrimers及发展可降解的生物基高分子材料。为此，本项目拟将生物质衍生物的生物可降解性和vitrimers的可再塑加工性耦合，创制一种兼具生物可降解性和再加工成型性的生物基高分子材料，即一类全新的基于动态共价键、植物油、纤维素高分子、纤维素纳米晶的全生物基vitrimers及其全生物基vitrimers纳米复合物。研究其结构与动态共价键交换动力学可控性的关系以及最终对材料的机械强度、再加工性、可修复性等的影响，从而丰富动态共价化学和vitrimers的结构和理论，为纤维素、植物油等生物质资源的高值化利用开辟新途径。

石油基高分子材料由于其性能优良备受人们青睐，但其难以降解为地球带来极大的环境负担。减少石油基合成高分子废弃后带来的一系列环境问题和减少对石油资源依赖的重要策略之一就是发展具有再加工成型、可修复性的vitrimers及发展可降解的生物基高分子材料。虽然，vitrimer的出现延长了热固型材料的使用寿命，但最终还会面临废弃，而废弃后石油基材料依然难以降解。所以以生物质资源制备vitrimer，保证材料来源绿色，废弃后依然不会对环境造成威胁，也成为目前研究的热点。为此，本文以植物油、纤维素和淀粉为原料，基于动态共价化学理论，设计合成出了一系列植物油基vitrimer、纤维素基vitrimer和淀粉基vitrimer等生物基vitrimer。研究了其结构与动态共价键交换动力学可控性的关系以及最终对材料的机械强度、再加工性、可修复性等的影响，结果表明所制得的生物基vitrimer具有良好的重塑、再生循环使用性能和形状记忆性能，还提高了材料的热稳定性、耐溶剂性和疏水性。本项研究成果丰富动态共价化学和vitrimer的结构和理论，为减少石油基高分子材料带来的环境污染以及纤维素、淀粉等生物质资源的高值化利用开辟了新途径。