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聚合物氣凝膠具有廣闊的應(yīng)用前景，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。但氣凝膠密度低，廢棄后難以回收利用。中石化北京化工研究院喬金樑教授指導(dǎo)博士研究生姚遠(yuǎn)，采用苯乙烯-馬來(lái)酸酐交替共聚物（SMA）成功制備了在溫和條件下可反復(fù)循環(huán)使用的聚合物氣凝膠，并將其應(yīng)用于可反復(fù)再生相變復(fù)合材料的制備。該工作以“Preparation and application of recyclable polymer aerogels from styrene-maleic anhydride alternating copolymers”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。該聚合物氣凝膠可反復(fù)循環(huán)使用的原理如圖1所示。

圖1.SMI氣凝膠循環(huán)使用過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式和樣品照片

  氨水可將SMA轉(zhuǎn)化為含有馬來(lái)酸銨基團(tuán)的水溶性交替共聚物 (SMAN)，其水溶液冷凍干燥后可得到水溶性氣凝膠，經(jīng)180℃熱處理后可將這種水溶性氣凝膠轉(zhuǎn)化為含有馬來(lái)酰亞胺和馬來(lái)酸酐結(jié)構(gòu)（SMI）的聚合物疏水氣凝膠。SMI氣凝膠可在95℃無(wú)需攪拌的條件下20分鐘內(nèi)再次溶于氨水，轉(zhuǎn)化為SMAN水溶液，實(shí)現(xiàn)疏水性氣凝膠向水溶性聚合物的轉(zhuǎn)化。通過(guò)這種方式，SMI氣凝膠可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)再生，回收率接近100%。并且，在回收過(guò)程中，聚合物的酰亞胺化程度逐漸提高。與原始?xì)饽z相比，再生氣凝膠的性能不降反升。這種升級(jí)回收策略不僅可以應(yīng)用于氣凝膠，還可以應(yīng)用于粘合劑、薄膜和纖維等的制品。從圖2可以看出，回收的SMI氣凝膠性能不降反升。 

  SMI氣凝膠還具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）特性、優(yōu)異的耐熱性能（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)247℃）、超親油-疏水性能（水的靜態(tài)接觸角為138°，氣凝膠可在1ms內(nèi)將油滴吸收。），使這種氣凝膠不僅可用于油水分離，還可用于可回收相變復(fù)合材料的制備。  通過(guò)將相變材料 (PCM) 吸入到 SMI 氣凝膠中，制備了兩種可循環(huán)使用的相變復(fù)合材料。其中，具有溫度監(jiān)測(cè)功能的相變蓄冷復(fù)合材料由SMI氣凝膠和十二烷(dodecane)制備，可用于食品和藥品等的冷藏和冷鏈運(yùn)輸，其性能如圖3所示；具有光熱轉(zhuǎn)化功能的儲(chǔ)熱相變復(fù)合材料，由SMI氣凝膠、石蠟（paraffin）和還原氧化石墨烯（rGO）制備，可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存在相變材料中，潛熱達(dá)到純石蠟的95%以上，其性能如圖4所示。由于SMI氣凝膠具有優(yōu)異的可回收性能，兩種相變復(fù)合材料在廢棄后都可反復(fù)循環(huán)再生。 

圖3.(a) 相變材料內(nèi)部的溫度與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)；(b) 不同溫度下SMI在400 nm激發(fā)光照射下的發(fā)射光譜；(c)在不同溫度下SMI 在400 nm 激發(fā)光照射下的發(fā)射光峰值強(qiáng)度曲線(xiàn) 

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140363