用废旧橡胶和胺类物质就能做出可循环利用的新材料

本研究开发了一种可持续、低成本、低碳排放的高分子材料合成新路径：利用二氧化碳（CO₂）与丁二烯经钯催化反应生成不饱和内酯（文中称“碳化丁二烯”，即化合物1），再与各类胺类固化剂（如乙二胺、对苯二甲胺、TREN等）在无催化剂条件下直接反应，生成一类新型聚（酰氨基胺）高分子材料。该反应的独特之处在于——分子内部形成的氢键能自发催化‘aza-Michael加成’与‘开环酰胺化’两步反应，因此无需额外添加催化剂，显著简化了工艺、降低了能耗。所得材料具有优异性能：液态前驱体粘度极低（25℃时仅20厘泊），便于浸润碳纤维；加热至150℃仅需16分钟即可形成弹性凝胶，1小时完成固化；制成的热固性树脂拉伸强度达43兆帕，杨氏模量840兆帕，弯曲模量2.6吉帕，性能媲美传统环氧树脂。更重要的是，该材料具备化学可回收性：在100℃醋酸中加热24小时，整个网络可高效解聚，定量回收原始内酯单体（回收率62%）和胺类固化剂（经水解后回收率31%），同时碳纤维几乎无损伤（回收前后质量变化小于1.0 wt%），可直接用于制造再生复合材料，且再生产品的力学性能与原始产品相当（拉伸强度41±5兆帕）。研究人员还通过理论计算证实，分子内氢键不仅稳定了反应中间体，更显著降低了关键步骤的反应能垒（降幅达6.1千卡/摩尔），是实现快速固化与可控降解的化学基础。该技术将温室气体CO₂转化为高值、可循环的工程材料，兼顾环保性、实用性与产业可行性，为碳纤维增强塑料（CFRP）的绿色闭环制造提供了切实可行的新方案。