科学家实现热固性形状记忆聚酰亚胺的闭环回收利用

形状记忆聚酰亚胺具有出色的形状记忆性能、机械性能、热稳定性，耐化学、抗辐射、耐高低温等特点，在柔性电子器件、高温驱动器以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。与热塑性形状记忆聚酰亚胺相比，热固性形状记忆聚酰亚胺具有更为优异的尺寸稳定性和耐蠕变性能。然而，热固性聚酰亚胺由于化学交联网络的存在难以熔融和溶解，无法再加工和循环利用，并且很难通过绿色的方法快速降解回收，造成严重的资源浪费和环境污染。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所聚合物自润滑复合材料课题组成功设计合成了基于动态烯胺键的热固性形状记忆聚酰亚胺，实现了全闭环回收利用。

研究人员以胺封端的聚酰亚胺齐聚物和均苯三甲醛缩聚形成可逆动态烯胺键交联的热固性聚酰亚胺。这种热固性聚酰亚胺的杨氏模量达1.8GPa、断裂伸长率达10%、拉伸强度达87MPa，性能与同类结构高分子量聚酰亚胺相当。动态烯胺键的引入并没有降低聚酰亚胺的热稳定性。此热固性聚酰亚胺还表现出了良好的形状记忆效应，形状固定率达96%、形状回复率达97%。

研究人员在没有任何催化剂的条件下实现了热固性形状记忆聚酰亚胺在酸性溶液中的快速解离，并通过溶剂挥发法又可以获得热固性聚酰亚胺薄膜，从而实现了热固性聚酰亚胺的闭环回收利用。再成型的热固性聚酰亚胺的综合性能和最初的相当，强度回收率可达97%。由于这种热固性聚酰亚胺具有较高的机械强度、热稳定性，同时兼具形状记忆和回收再利用性能，是一种有前景的可持续循环利用的多功能材料。

该项研究成果获授权专利1件（ZL201910279911.5），并以“Fully Closed-Loop Recyclable Thermosetting Shape Memory Polyimide”为题发表在期刊ACS Sustainable Chem.Eng.上（ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 51, 18869–18878）。

该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中科院青促会项目、甘肃省自然科学基金项目等的大力支持。（来源：中国科学院兰州化学物理研究所）

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c05481

形状记忆聚酰亚胺闭环回收过程、机械性能和形状记忆性能演示