开发能够定制形状记忆的透明环氧树脂固化树脂

演示要点

〇 固化反应后也可重塑的环氧固化树脂
〇无色透明，设计感优越（可见光范围内透过率达90%以上）
〇仅使用市售单体即可制备，且交联反应条件相对温和（120℃，反应2小时）
〇〇你可以把它塑造成你喜欢的图案，并记住它的形状（即使变形，用温水就会恢复）
〇皱纹易于去除，可开发为可重新调整以适应尺寸变化的功能性薄膜和织物

摘要

V体育工学研究科生命与应用化学系助理教授Mikihiro Hayashi及其同事在锡催化剂（键交换催化剂）的存在下，将含有三官能酯键的末端硫醇化合物与二环氧化合物交联，成功制备了功能性环氧固化树脂（*1）。
在这种交联树脂中，我们通过使用可通过加热交换的动态共价键连接聚合物，在分子水平上创建了一个网络，并创建了一种可以更新其记忆的形状记忆树脂（正在申请专利）（*2）（*3）。当在键交换催化剂存在下施加热量时，引入网络的动态共价键会激活键交换（*4）。作为键交换反应，我们使用了同时发生键解离和重组的酯交换反应(*5)。因此，即使在键交换过程中也能保持网络连通性，并且即使在高温下也不会快速流动（没有网络连通性的传统树脂会流动）。在高于交联交换发生温度的温度下，外部形状几乎没有变化，但在分子水平上，随着网络拓扑时刻变化（*6），初始网络结构的记忆被消除。当在高于键交换温度的温度下变形然后缓慢冷却时，变形的形状被存储为新的稳定形状（记忆更新）。另外，所得交联树脂为无色透明，可见光区域的透过率为90％以上。
　该成果发表在学术期刊《ACS Applied Polymer Materials》（2020年6月3日，网络出版）上。

图1本研究中的分子设计概述和交联膜的透明度

图 2 形状记忆和形状记忆更新

研究背景

　聚合物材料在软化温度（例如玻璃化转变点或熔点）下热可逆地从玻璃态转变为熔融态。未交联的聚合物在熔融状态的温度下流动，但当聚合物交联时，流动受到抑制，并变成可以膨胀和收缩的橡胶态。当交联树脂变形时，它在分子水平上变成能量不稳定的分子网络，但当加热给予能量并变成橡胶态时，它恢复到未变形状态的稳定网络结构。与此同时，外观也恢复了未变形的形状。虽然此类形状记忆树脂可以记忆初始形状，但不可能“删除所记忆的形状并进一步更新记忆”（因为交联不会脱落）。

社会意义

　几乎没有可更新的形状记忆树脂的制备演示。因此，通过该技术获得的形状记忆/记忆更新树脂为社会提供了新的价值，因为它可以根据消费者的需求变形为所需的形状，并且新的形状可以被记忆。而且，其可以通过混合单体化合物并加热一步制备，并且在生产效率方面具有大规模生产的优势。此外，由于它几乎无色透明，因此在设计方面具有优势。

未来发展

　我们将着眼于薄膜、片材、纤维、泡沫等的发展，推动产学官合作的社会实施活动，例如制造各种硬度和柔软度的形状记忆可再生记忆树脂，并研究批量生产的制造条件。具有形状记忆和记忆更新特性的树脂可以应用于服装、鞋子、坐垫等，从而可以开发出适合人体设计的产品。它还有望用于便携式户外产品和建筑材料，可以以平面形状运输，然后在运输后通过加热恢复三维形状。我们希望将其应用于医疗产品、柔性设备、可穿戴设备和机器人等社会需求较高的领域。

术语表

(※1)环氧固化树脂
　使用含有环氧官能团的单体作为一种组分制备的可热交联聚合物树脂的总称。
(※2) 交联
　连接聚合物链形成三维网络的反应。
(*3) 形状记忆材料
　变形后加热到一定温度以上时具有恢复原状性能的材料的总称。
(*4) 动态共价键
　虽然它是稳定的共价键，但它是可以由于外部刺激（例如热或光）而解离的共价键。交联点上排列有动态共价键的材料在解离和重组行为被冻结的正常使用条件下表现出足够的机械强度，但由于交联在外部刺激下发生交换，因此它们具有传统共价交联材料无法实现的功能，例如重塑、回收和可修复性。
(※5)酯交换反应
　这是当酯和醇在加热下反应时各自的主链部分交换的反应，通常使用酸或碱作为催化剂。
(※６)拓扑
　几何意义上的形状。

论文信息

论文标题：通过硫醇-环氧点击反应制备无色、高透明、环氧基 Vitrimer 并评估其形状记忆性能
作者姓名：Mikihiro Hayashi、Akira Katayama
出版杂志名称：ACS Applied Polymer Materials
发布日期：2020 年 6 月 3 日（网络发布）
DOI：101021/acsapm0c00397
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