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  環氧樹脂是一類重要的熱固性材料，具有優異的電絕緣性、高粘結性、尺寸穩定性、耐腐蝕性等優點。作為涂料、膠黏劑、電子電器材料、土建材料等，環氧樹脂已被廣泛應用于工業各個領域（機械電子、航空航天、化學化工、船舶建筑、汽車軍工、冶金輕工等）和人們的日常生活中。但環氧樹脂具有不溶不熔的性質，在成型后無法再次加工。因此，環氧樹脂的廢棄物、老化物和損壞物難以回收再用，造成資源浪費和固廢污染。

  2011年，法國科學家Leibler提出了一種含動態酯鍵的環氧樹脂（vitrimer，張希院士將其譯為“類玻璃高分子”），為環氧樹脂的回收降解和重復利用提供了一條有效途徑。在室溫下，因動態共價鍵的酯交換反應很慢，類玻璃高分子具有和普通的熱固性環氧樹脂材料一樣的性質；但在高溫下，由于酯交換反應很快（圖1），類玻璃高分子的拓撲網絡可改變（圖2），此時類玻璃高分子如熱塑性高分子般具有可塑性和可再加工性能（重塑形、焊接、回收利用、愈合等）。隨后，很多基于其他動態共價鍵（二硫鍵、亞胺鍵、硅氧烷等）的環氧樹脂類玻璃高分子被相繼報道。因此，類玻璃高分子有望替代傳統熱固性環氧樹脂而被廣泛用于各個領域，這無疑將對減少資源浪費、降低環境污染起到非常重要的作用。

圖1  酯交換反應示意圖。

圖2  交換反應使交聯網絡的拓撲結構可變化，從而使材料具有可再加工性能，如焊接、重塑形、自愈合等。

  近日，為慶祝材料科學頂級期刊《Progress in Materials Science》創刊70周年，清華大學化學系危巖教授和吉巖副教授課題組應邀撰寫了題為“Functional epoxy vitrimers and composites”的綜述論文，梳理總結了近十年來環氧樹脂類玻璃高分子領域的研究進展。該綜述首先從環氧樹脂類玻璃高分子及其復合材料的分類、合成方法和技術出發，詳細介紹了含不同動態共價鍵（酯鍵、二硫鍵、亞胺鍵、硅氧鍵等）的環氧樹脂類玻璃高分子，及其摻雜不同納米顆粒（碳納米管、石墨烯、多巴胺、金納米球等）的環氧樹脂類玻璃高分子復合材料，并總結了環氧樹脂類玻璃高分子的合成方法和技術。之后重點介紹了動態共價鍵給環氧樹脂帶來的可再加工新功能。動態共價網絡不僅使環氧樹脂類玻璃高分子在外界刺激（光、熱、電、磁等）下可變形、受損壞后可自愈合、可通過焊接獲得復雜3D結構，還可通過熱壓使環氧樹脂類玻璃高分子碎片重新成型、或用溶劑降解環氧樹脂類玻璃高分子后重新交聯成新材料而回收再用。隨后，全面總結了環氧樹脂類玻璃高分子的潛在應用。理論上，環氧樹脂類玻璃高分子有望替代傳統環氧樹脂而被廣泛應用于各個領域。動態共價鍵的存在還使環氧樹脂類玻璃高分子有望用在3D柔性驅動器、柔性可穿戴器件、納濾膜、生物潤滑油等領域。最后，該綜述分析了環氧樹脂類玻璃高分子在實現實際應用過程中需要解決的困難和問題。

  此外，近十年來，其他熱固性類玻璃高分子材料的發展也十分迅速。它們和環氧樹脂類玻璃高分子一樣，具有優異的可再加工性能，這將為熱固性材料領域帶來重要的技術變革。

  該論文通訊作者為清華大學化學系危巖教授和楊洋博士。該研究得到了國家自然科學基金的資助。

  論文鏈接：Functional epoxy vitrimers and composites. Yang Yang, Yanshuang Xu, Yan Ji, Yen Wei. Progress in Materials Science （IF: 31.56，CiteScore: 47.1）. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100710

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642520300748