生物基vitrimer材料研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.020

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 138-148.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.020

生物基vitrimer材料研究进展

张家乐¹^,², 薄采颖¹, 贝钰¹^,², 沙野², 贾普友¹(), 周永红¹

^1.中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心，南京 210042
^2.南京林业大学理学院，南京 210037

收稿日期:2022-05-09 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
通讯作者: 贾普友（1986—），副研究员，研究领域为生物基助剂和生物基高分子材料，jiapuyou@icifp.cn
E-mail:jiapuyou@icifp.cn
基金资助:
国家自然科学基金青年基金项目(31901256);江苏省生物质能源与材料重点实验室项目(JSBEM?S?202006)

Research progress in bio⁃based vitrimer materials

ZHANG Jiale¹^,², BO Caiying¹, BEI Yu¹^,², SHA Ye², JIA Puyou¹(), ZHOU Yonghong¹

^1.Institute of Chemical Industry of Forest Products，CAF；Key Lab of Biomass Energy and Material，Jiangsu Province；Co?Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources，Jiangsu Province，nanjing 210042，China
^2.College of Science，Nanjing Forestry University，nanjing 310037，China

Received:2022-05-09 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27
Contact: JIA Puyou E-mail:jiapuyou@icifp.cn

摘要/Abstract

摘要：

介绍了类玻璃高分子（vitrimer）材料的发展史、拓扑冻结转变温度，对基于酯交换、烷基转移和转氨基化的vitrimer动态机理和基于木质素、植物油、纤维素和香草醛的生物基vitrimer的研究进行了概述，并对生物基vitrimer材料进行了展望。

关键词: 动态共价键, 生物质高分子, 类玻璃高分子

Abstract:

Vitrimer is a type of polymer that combines the advantages of traditional thermosetting and thermoplastic polymers and is capable of network reorganization under the stimulation of external conditions to maintain good mechanical properties and allow repeatable molding processes. This has generated a great impact to the fields of self⁃healing of materials and corresponding design of shape⁃memory smart polymers. This paper introduced the history of vitrimer materials and the topological freezing transition temperature. The paper also gave an overview of the study on the dynamic mechanism of vitrimer based on the ester exchange， alkyl transfer， and transamination. In addition， the bio⁃based vitrimers based on lignin， vegetable oil， cellulose， and Vanillin were discussed in detail， and an outlook on vitrimer as a class of materials were prospected.

Key words: dynamic covalent bond, biopolymer, vitrimer

中图分类号:

TQ 321

张家乐, 薄采颖, 贝钰, 沙野, 贾普友, 周永红. 生物基vitrimer材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 138-148.

ZHANG Jiale, BO Caiying, BEI Yu, SHA Ye, JIA Puyou, ZHOU Yonghong. Research progress in bio⁃based vitrimer materials[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 138-148.

图/表 13

图1 两种共价适应网络示意图［15］

Fig.1 Scheme of two covalent adaptable networks［15］

图2 无定形vitrimer和半结晶vitrimer的lnη与温度的关系图［23］

Fig.2 Plot of ln η versus temperature for amorphous vitrimer and semicrystalline vitrimer［23］

图3 化学结构式和酯交换反应示意图

Fig.3 Chemical structure and transesterification of epoxy vitrimer

图4 肟酯键交换反应

Fig.4 Transesterification of oxime⁃ester bonds

图5 聚氨酯树脂的合成以及乙烯基聚氨酯和胺的交换反应

Fig.5 Synthesis of vinylogous urethane and exchange of vinylogous urethanes and amines

图6 C⁃N烷基和硫磺盐的烷基转移以及vitrimer材料设计

Fig.6 C⁃N alkyl and alkyl transfer of sulfur salts and vitrimer material design

图7 导电离子网络的制备

Fig.7 Preparation of conductive ion networks

图8 引入—COOH基团的卡夫木质素的化学修饰

Fig.8 Chemical modification of Kraft lignin with the introduction of COOH groups

图9 含木质素的聚脲黏合剂的合成过程

Fig.9 Synthesis process of polyurea binders containing lignin

图10 Se⁃EP/Oz⁃L vitrimer 制备示意图及通过酯交换的重建

Fig.10 Preparation of the Se⁃EP/Oz⁃L vitrimer and its reconstruction through TERs

图11 ESO和GL的化学结构、固化反应以及ESO/GL网络的拓扑重排的示意图

Fig.11 Scheme of the chemical structures of ESO and GL， solidification reactions and topological rearrangement of the ESO/GL network

图12 纸张增强的聚碳酸酯玻璃纤维的制造示意图［55］

Fig.12 Scheme of the fabrication of paper⁃reinforced polycarbonate vitrimer［55］

图13 基于PDMS的低Tg vitrimer纳米颗粒（VP）与CNF混合制备CNF/vitrimer纳米复合材料［56］

Fig.13 Preparation route of CNF/vitrimer nanocomposites by aqueous mixing of PDMS⁃based low Tg vitrimer nanoparticles （VP） with CNF［56］

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