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可回收、可自愈、可重复使用的动态聚酰亚胺

2022-11-16 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

可回收、可自愈、可重复使用的动态聚酰亚胺

日前,北京科技大学查俊伟副教授设计了一种低分子量聚酰亚胺基因单元,通过与聚酰亚胺连接酶交联来制备智能薄膜。有趣的是,由于基因单位和连接酶组合的可变性,通过“含羞草”仿生策略,将聚酰亚胺膜设计为软硬结合的三种形式,以适应不同的应用场景。同时,薄膜具有良好的降解效率、良好的可回收性和自愈性,可重复使用。

可回收、可自愈、可重复使用的动态聚酰亚胺

日前,北京科技大学查俊伟副教授设计了一种低分子量聚酰亚胺基因单元,通过与聚酰亚胺连接酶交联来制备智能薄膜。有趣的是,由于基因单位和连接酶组合的可变性,通过“含羞草”仿生策略,将聚酰亚胺膜设计为软硬结合的三种形式,以适应不同的应用场景。同时,薄膜具有良好的降解效率、良好的可回收性和自愈性,可重复使用。


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                        图1  薄膜的概念设计

含羞草的叶子一旦被触摸就会立即合拢。从本质上说,它会本能地通过调节超分子网络切换到相互连接、紧密的组织状态,以增加叶片在暴露于外部刺激或感知危险时的硬度。以含羞草为灵感,成功制备了三种不同硬度和柔软度的聚酰亚薄膜,以适应不同的恶劣环境。不同的处理温度和时间会产生交联程度不同的HTPI 薄膜。此外,还成功制备了具有完 PHT 结构的 PI 薄膜。调节氨基和醛基聚合形成 PHT 结构的过程,最终形成 HDCN 或 PHT 结构或两者并存,使体系具有软硬结合的特点。HTPI 薄膜可以有高达200℃的玻璃化转变温度和苛刻的分子链运动条件来适应极高温的工作环境 。同时,还形成了软 PI 膜,以适应损伤后的回收。


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                                 图2  薄膜的表征

其中值得一提的是HTPI 薄膜的自愈能力和可回收性,HTPI 薄膜复杂的分子结构和优良的降解能力使其具有许多令人惊讶的性能。200℃薄膜含有高度移动的 HDCN 动态结构,可发生可逆相互作用,使薄膜在一定的压力和温度下可能自愈合。在自愈能力的过程中,需要为薄膜提供微量酸打开 PHT 环,然后在200℃下重新聚合。实际上,PI基因单位与连接酶之间的可逆反应实现了这些。HTPI /260℃自愈合后的力学性能较原材料有所下降,这可能是由于微量酸导致重叠部分解离后交联不完全所致。综上所述,自愈 HTPI /260℃薄膜仍具有较好的力学性能。由于薄膜具有较高的热稳定性、良好的机械性能、优异的抗电晕性和绝缘回收能 ,因此将选择薄膜进行后续的可回收性探索。


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                        图3    HTPI薄膜的回收能力

 

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