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基于新型N-羟基琥珀酰亚胺类酯交换反应的动态共价聚合物

批准号:
22105166
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘文星
依托单位:
学科分类:
智能与仿生材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘文星

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
动态共价聚合物是一类含有可逆化学键的新型聚合物,具有拓扑结构可调、形状记忆、自修复和再加工等诸多功能,是近些年高分子科学领域的研究热点之一。但目前基于新型酯交换反应的动态共价聚合物的开发尚少有报道。基于对分子结构-性能关系的理解,从动态共价聚合物的分子设计出发,申请人拟研究的项目将以N-羟基琥珀酰亚胺型酯交换反应为研究对象,采用实验与理论相结合的方法,系统研究这类酯交换反应的动力学与反应机理,获得具有高效可逆性的分子结构。以此结构为基础,设计合成新型的动态共价聚酯类材料,通过控制分子结构实现聚合物的机械性能,可逆性和形状记忆功能的调控,完成聚酯材料的快速降解和回收复用。最终,结合3D打印技术实现聚合物制件搭积木式的焊接组装和材料形变的程序化控制。本项目研究结果将有望克服传统酯交换反应能耗高和需要催化剂的缺点,为智能高分子材料的设计和制备提供新的思路。
英文摘要
Dynamic covalent polymers, which rely on reversible covalent bonds, can reorganize their macromolecular architectures and thus produce a macroscopic response to environmental stimuli. Therefore, dynamic covalent polymers possess many complex and smart functions such as topological structure transformation, shape memory, self-healing and malleability, to name a few. However, as of now, the development of dynamic covalent polymers based on a novel transesterification reaction is rarely reported. Based on the relationship between molecular structure and its performance, the proposed work aims to develop a new kind of dynamic transesterification reaction using N-hydroxy succinimide chemistry and its application in the design of dynamic covalent polymers. First, we would systematically study the kinetic parameters and reaction mechanism by employing experiential and theoretical methods to obtain the proper moiety with efficient reversible ability. Then, the polyester materials are designed and synthesized on the basis of N-hydroxy succinimide transesterification reaction. By tuning the monomer formulas, dynamic polyesters with excellent mechanical properties, controllable reversibility and shape memory are achieved leading to fast recycling and degradation under mild conditions. Besides, the integration of dynamic covalent polymers with 3D printing technology will allow modular welding and programmed transformation of polymer materials. The expected results will realize the transesterification reaction under mild conditions without any catalysts and these findings will aid in the design and preparation of smart polymers.
热固性聚合物是具有良好的稳定性和机械性能,但难以通过熔融或溶解途径再成型利用,废弃后引起一系列环境和生态问题。酯交换反应作为一种常用的动态共价键,被广泛用于制备可回收交联聚合物。然而,传统的酯交换反应发生需要化学计量的羟基,且反应条件较为苛刻,如较高的交换温度以及催化剂,从而限制了该类材料的应用。.我们发展了一类基于自由基链反应机制、无需催化剂和额外羟基参与的酯复分解反应,并将其应用于交联聚合物的回收利用。研究发现,N-羟基邻苯二甲酰亚胺的酯化物(NAPI)在约100 °C、无催化剂下可发生微量裂解,产生酰基自由基,进而引发链增长式的交换反应;降温后酰基自由基与氮氧自由基偶合重新生成N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯。这一过程中,酰基自由基作为活性载体引导了高效的自由基交换反应。基于此,我们提出了一类新型的DAssociative交换机理,即解离引发的缔合交换机理(dissociatively initiated associative)。基于这一反应,设计制备了一系列交联聚-N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯。由于N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯的裂解处于极低的水平,该交联聚合物在高温下表现出优异的耐溶剂性和机械稳定性;热压回收4次后,材料仍具有与原始样品接近的机械性能。.本项目提出了一种无需催化剂和羟基参与的酯复分解反应,避免了传统酯交换反应存在的催化剂毒性、相容性以及羟基副反应等问题。同时,N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯可以由酸酐、羟胺等原料制备,反应高效、步骤简单、单体结构多样,意味着N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯在制备可回收交联聚合物反面具有很好的实际应用前景。.
基于吡唑脲金属配位化学的动态聚氨酯
  • 批准号:
    Y24E030026
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    刘文星
  • 依托单位:
国内基金
海外基金