本文作者：天天笑

导读

哈尔滨工业大学黄玉东教授团队设计并开发了一系列含有γ射线辐射敏感基团—苯基亚胺共轭N-N键的环氧树脂。在γ射线辐射下，通过辐射敏感基团的可控断裂，环氧树脂可在40 KGy的剂量下实现完全降解。与此同时，环氧树脂表现出优异的机械性能、热性能、耐溶剂性、耐湿热老化性与耐紫外老化性。

γ-Ray-driven degradation of robust epoxy thermosets

Zhen Hu,¹ Ningdi Xu,¹ ZiQiang An, Baolong Wang, Fei Lu, Bo Tian, Gang Yao, Yingying Liu, Li Liu, Yudong Huang*

Materials horizons, 2022, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d1mh01971f

热固性树脂的工业降解过程主要依赖于焚烧、填埋、热分解和溶解法^[1-6]。这些方法通常涉及苛刻的反应条件、过度的能源消耗以及严重的环境污染。γ射线辐射降解技术由于其高能量、穿透力强、成本低、低能耗等优点具有广阔的应用前景^[7]。然而，γ射线辐射诱导的聚合物分子链的交联和聚合往往会阻碍热固性树脂的辐射降解，因此开发γ射线辐射可控降解材料一直是被挑战的课题。

图1 γ射线辐射敏感环氧树脂的制备路径与降解过程。

正文

最近，哈尔滨工业大学黄玉东教授团队通过创新的分子结构设计，将辐射敏感基团—苯基亚胺共轭N-N键引入至环氧树脂的交联网络，首次实现了环氧树脂的辐射降解 （图1）。上述辐射敏感环氧树脂的制备是通过对氨基苯乙酮和二酰肼反应合成的固化剂固化商业双酚A型环氧树脂。γ射线辐射敏感行为可以归因于苯基亚胺共轭N-N键在γ射线辐射下的可控断裂。N-N键可以提供大量的易降解位点，苯基亚胺共轭基团可对辐射产生的自由基碎片起到稳定化作用，从而抑制交联与重组反应，促使树脂发生持续的降解反应。此外，他们还设计了自由基捕获剂共混策略，通过减少降解碎片的不可控重组和交联，进一步提升了环氧树脂的降解效率。

图2 环氧树脂基复合材料的降解回收性能表征

最后，他们将辐射降解策略应用于碳纤维增强环氧树脂基复合材料，通过树脂基体的辐射降解，实现了碳纤维的无损回收 （图2）。研究表明，干净的碳纤维可以在120 kGy的剂量下被回收，得到的碳纤维编织结构，力学性能、微观形貌均与原始碳纤维接近，有望被重新应用于下一代复合材料的制备。

这项工作为利用苯基亚胺共轭N – N键设计具有辐射降解性和优异使用性能的环氧树脂作为极其通用的化学平台提供了原理证明。该工作以communication的形式发表在Materials Horizons（DOI: 10.1039/d1mh01971f）。

参考文献

1   Jeannette M. García, Gavin O. Jones, Kumar Virwani, Bryan D. McCloskey, Dylan J. Boday, Gijs M. ter Huurne, Hans W. Horn, Daniel J. Coady, Abdulmalik M. Bintaleb, et al., Science, 2014, 344, 732-735.

2   Yu Qi, Jinyan Wang, Yan Kou, Hongchang Pang, Shouhai Zhang, Nan Li, Cheng Liu , Zhihuan Weng, Xigao Jian, Nat. Commun.,2019, 10, 2107-2115.

3   Wen-Xing Liu, Zhusheng Yang, Zhi Qiao, Long Zhang, Ning Zhao, Sanzhong Luo, Jian Xu, Nat. Commun., 2019, 10, 4753-4760.

4   Peyton Shieh, Wenxu Zhang, Keith E. L. Husted, Samantha L. Kristufek, Boya Xiong, David J. Lundberg, Jet Lem, Yuchen Sun, Nature, 2020, 583, 542-547.

5   Hafeezullah Memon, Haiyang Liu, Muhammad A. Rashid, Li Chen, Qiuran Jiang, Liying Zhang, Yi Wei, Wanshuang Liu, Yiping Qiu, Macromolecules, 2020, 53, 621-630.

6   Songqi Ma, Dean C., Prog. Polym. Sci., 2018, 76, 65-110.

7   Zhiwei Xu, Yudong Huang, Chunying Min, Lei Chen, Li Chen, Radiat. Phys. and Chem., 2010, 79, 839-843.