随着塑料使用和处理带来的环境问题日益突出，寻找可持续的聚合物材料变得愈发重要。热固性塑料作为一种常见的塑料类别，其特点是通过牢固的共价键将单体交联在一起，通常具有高稳定性和化学耐受性。也因如此，这类聚合物传统上被认为是不可降解和不可回收的。近年来基于动态共价化学（DCvC）的共价适应网络（CANs）的发展，为交联聚合物的可塑性和可再加工性提供了有效方法。此外，DCvC在聚合物的小分子回收方面也显示出相当大的潜力：通过控制反应条件，可以将可逆反应的平衡导向聚合，形成聚合物材料，或者导向解聚，生成低聚物或小分子。Diels–Alder反应、酯转交换反应、亚胺衍生物交换反应和硼氧类交换反应等动态共价化学已被用于构建创新的动态交联材料。然而，由于DCvC的可逆性，开发具有可降解性和可回收性的绿色热固性材料时，在保持交联聚合物在使用过程中功能特性的同时，确保其使用后的高效回收和再利用，仍然是一个重要的挑战；此外，如何设计可放大合成的有效方法以及与现有的制造工艺相兼容，也是不可忽视的问题。
图1. 通过双因素调控动态共价键活性，可以使得交联聚合物在使用期限内具有优异的性能，而在生命周期末期能被高效降解回收。近期，科罗拉多大学博尔德校区张伟教授团队针对这些问题，提出了一种具有普适性的策略：利用具有双因素控制可逆性的动态前驱体，在温和条件下实现热固性材料的按需降解和回收（图1）。具体而言，通过在碳酸钾作为催化剂，使用动态亲核芳香取代反应（SNAr）将2,4,6-三乙氧基-1,3,5-三嗪（TETA）与二醇反应生成的寡聚醇作为动态交联剂。在去除催化剂后，SNAr的可逆性可以被钝化，使得这些寡聚醇可以像传统多元醇一样用于后续的交联聚氨酯的合成。实验表明，所得聚合物的机械强度和稳定性与传统的聚氨酯类似（图2）。在生命周期结束时，SNAr反应的可逆性可以在碳酸钾和乙醇存在下，通过温和加热重新激活，从而实现聚合物的可控降解（图3）。所得小分子混合物可以通过简单的溶解过滤等手段分离和纯化，得到的TETA可被回收利用，而低聚二醇寡体则可用于升级利用或者进一步降解为二胺与二醇。这种双因素控制的可逆性确保了聚合物在使用过程中可以保持所需的特性，同时在其生命周期结束时简化了解聚和回收过程。此外，该合成过程不仅如铸膜、注塑和发泡等已成熟的制备工艺兼容，还可用于类玻璃体聚合物和可降解聚酯的合成（图4）。研究表明，这种策略具有广泛适用性，并且有望进一步应用于当前的热固性塑料生产之中，以在不牺牲其理化特性的情况下增强其可持续性。
图3. 动态三聚氰酸酯交联的聚氨酯的抗性测试与可控降解。
该工作以“Dual-Factor-Controlled Dynamic Precursors Enable On-Demand Thermoset Degradation and Recycling”为题发表在《Advanced Materials》上。文章第一作者是科罗拉多大学博尔德校区博士后雷泽芃博士。该工作是张伟教授团队近年来应用DCvC构建功能性高分子研究的最新进展之一。将DCvC引入交联聚合物赋予了这类材料可塑性、环境响应性、可循环利用性、结晶性和均匀孔隙性等卓越的特性（Chem. Rev. 2024, 12, 7829）。在近年来，团队开发了一系列具有优异性能的动态共价高分子，并将其应用于聚合物闭环回收 （Nat. Chem. 2022, 12, 1399; J. Am. Chem. Soc. 2023, 16, 9112）、螺旋结构的共价聚合物单晶合成（Nat. Chem. 2021, 7, 660; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 20, e202403599），分子笼聚合物选择性附着富勒烯（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202409432）以及气体分子高精度识别（Sceince 2024, 6703, 1441）等。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407854
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