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蘭州化物所實現熱固性形狀記憶聚酰亞胺的閉環回收利用

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蘭州化物所實現熱固性形狀記憶聚酰亞胺的閉環回收利用

蘭州化物所實現熱固性形狀記憶聚酰亞胺的閉環回收利用

  形狀記憶聚酰亞胺具有出色的形狀記憶性能、機械性能、熱穩定性,耐化學、抗輻射、耐高低溫等特點,在柔性電子器件、高溫驅動器以及航空航天等領域具有廣泛的應用前景。與熱塑性形狀記憶聚酰亞胺相比,熱固性形狀記憶聚酰亞胺具有更為優異的尺寸穩定性和耐蠕變性能。然而,熱固性聚酰亞胺由于化學交聯網絡的存在難以熔融和溶解,無法再加工和循環利用,并且很難通過綠色的方法快速降解回收,造成嚴重的資源浪費和環境污染。

  近日,中國科學院蘭州化學物理研究所聚合物自潤滑復合材料課題組成功設計合成了基于動態烯胺鍵的熱固性形狀記憶聚酰亞胺,實現了全閉環回收利用。

  研究人員以胺封端的聚酰亞胺齊聚物和均苯三甲醛縮聚形成可逆動態烯胺鍵交聯的熱固性聚酰亞胺。這種熱固性聚酰亞胺的楊氏模量達1.8GPa、斷裂伸長率達10%、拉伸強度達87MPa,性能與同類結構高分子量聚酰亞胺相當。動態烯胺鍵的引入并沒有降低聚酰亞胺的熱穩定性。此熱固性聚酰亞胺還表現出了良好的形狀記憶效應,形狀固定率達96%、形狀回復率達97%。

  研究人員在沒有任何催化劑的條件下實現了熱固性形狀記憶聚酰亞胺在酸性溶液中的快速解離,并通過溶劑揮發法又可以獲得熱固性聚酰亞胺薄膜,從而實現了熱固性聚酰亞胺的閉環回收利用。再成型的熱固性聚酰亞胺的綜合性能和最初的相當,強度回收率可達97%。由于這種熱固性聚酰亞胺具有較高的機械強度、熱穩定性,同時兼具形狀記憶和回收再利用性能,是一種有前景的可持續循環利用的多功能材料。

  該項研究成果獲授權專利1件(ZL201910279911.5),并以“Fully Closed-Loop Recyclable Thermosetting Shape Memory Polyimide”為題發表在期刊ACS Sustainable Chem.Eng.上(ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 51, 18869–18878)。

  該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究項目、中科院青促會項目、甘肅省自然科學基金項目等的大力支持。

形狀記憶聚酰亞胺閉環回收過程、機械性能和形狀記憶性能演示

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