江南大學(xué)馬松琪教授團(tuán)隊 Macromolecules：新潛伏固化機(jī)制實(shí)現(xiàn)單組分環(huán)氧室溫超長儲存、中低溫快固化
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的熱/力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)品性、加工性能等，被廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、電子封裝材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域，全球年產(chǎn)量近400萬噸。環(huán)氧樹脂在固化前是小分子或低聚物，普遍需與固化劑（也稱硬化劑或交聯(lián)劑）發(fā)生固化反應(yīng)形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能表現(xiàn)出優(yōu)異性能。由于混合后會發(fā)生固化反應(yīng)，環(huán)氧樹脂與固化劑需分開儲存，現(xiàn)配現(xiàn)用（稱為雙組分環(huán)氧樹脂體系），導(dǎo)致操作繁瑣、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、適用期短、材料易浪費(fèi)；跐摲袒瘎┗虼龠M(jìn)劑的單組分環(huán)氧樹脂體系可解決上述問題。然而實(shí)現(xiàn)單組分環(huán)氧體系室溫長期儲存(≥6個月)、中低溫(≤130℃)快速固化，仍面臨巨大挑戰(zhàn)，急需發(fā)展新潛伏固化機(jī)制，以滿足高儲存穩(wěn)定性和提效降耗的發(fā)展需求。
近期，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院馬松琪教授團(tuán)隊報道了一種新潛伏固化機(jī)制：動態(tài)交聯(lián)-可控溶解，實(shí)現(xiàn)了單組分環(huán)氧體系室溫超長期儲存、中低溫快速固化，如圖1所示。具體通過Diels-Alder加成反應(yīng)的動態(tài)交聯(lián)使能溶于環(huán)氧樹脂的高活性胺類固化劑轉(zhuǎn)變成不溶的無活性固化劑，實(shí)現(xiàn)單組分環(huán)氧樹脂體系在室溫下的超長時間儲存（理論上永遠(yuǎn)不會交聯(lián)）；當(dāng)對其進(jìn)行加熱（如100℃以上），動態(tài)交聯(lián)的固化劑發(fā)生逆Diels-Alder反應(yīng)而解交聯(lián)，并溶于環(huán)氧樹脂而恢復(fù)高固化活性，實(shí)現(xiàn)中低溫下的快速固化。
圖1動態(tài)交聯(lián)-可控溶解潛伏固化機(jī)制示意圖
圖2 動態(tài)交聯(lián)潛伏固化劑的制備及表征
圖3 單組分環(huán)氧體系的潛伏和固化性能
圖4單組分環(huán)氧固化物制備及性能
該研究不僅發(fā)展了一種新潛伏固化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了單組分環(huán)氧體系的室溫超長時間儲存和中低溫快速固化，同時為動態(tài)交聯(lián)化學(xué)提供了一種新的應(yīng)用。該工作以“Dynamic Cross-Linking Chemistry Enables Advanced One-Component Thermosets”為題發(fā)表在《Macromolecules》上（Macromolecules, 2024, 57, 9950-9959）。文章第一作者為江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院碩士生李發(fā)林，通訊作者為馬松琪教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金和無錫市太湖人才計劃的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c02009
