环氧树脂vitrimer动态结构及可重复加工性能微观机理的固体NMR研究

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基本信息

  • 批准号:
    21704046
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0309.高分子物理与高分子物理化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Vitrimer is a kind of cross-linked polymer with dynamic bonds, which can be reprocessed without destroying the topological network structures. Hence, it combines the properties of thermoplastic and thermoset polymer materials, and has received considerable attention in recent years. However, there are rare studies on dynamic structures and the mechanism of reprocessing ability of vitrimers. Herein, this project is aimed to systematically investigate the microscopic origin of the dynamic structures and the reprocessing ability of epoxy resin vitrimers. Multiple solid-state NMR methods, in combination with DSC and DMA, will be utilized to investigate the hierarchical structures and dynamics of epoxy vitrimers, and thus to elucidate the effect of chain structures and dynamics on the macroscopic mechanical properties and reprocessing abilities as well as the corresponding physical meaning of the vitrification temperature (Tv) in epoxy vitrimers. On that basis, we would like to further develop novel solid-state NMR methods for in-situ detecting the transesterification exchange reaction in the epoxy vitrimers, in order to further elucidate the structure-property relationship and the mechanism of reprocessing ability at a molecular level, and thus to provide experimental and theoretical guidance for designing high-performance vitrimer materials. To a large degree, this project could well bridge the gap between polymer physics, polymer chemistry and polymer engineering at a molecular level.
Vitrimer通常是指含动态键的交联聚合物,且在不破坏交联网络拓扑结构的情况下具有可重复加工性能,因此兼具了热固性和热塑性高分子材料的优点,在近年来被广泛关注,然而对vitrimer材料动态结构及可重复加工性能微观机理的研究却鲜有报道。因此本项目旨在制备环氧树脂 vitrimer材料的基础上,利用多种固体NMR技术结合DSC,DMA等方法,研究环氧树脂vitrimer材料的微观链结构和动力学对vitrimer宏观力学性能及可重复加工性能的调控规律,以及vitrimer转变温度Tv所对应的物理意义及微观机理,并进一步发展原位检测环氧vitrimer体系中动态酯交换的固体NMR新方法,进而从分子水平上阐明环氧树脂vitrimer材料的结构—性能关系,为设计高性能高分子材料提供实验和理论指导,并从分子层面建立高分子物理—高分子化学—高分子加工之间的联系。

结项摘要

本项目研究了以葵二酸(sebacic acid, SA) 和双酚A二缩水甘油醚(diglycidyl ether of bisphenol A, DEGBA)作为原料制备的环氧树脂vitrimer材料。研究表明,当用醋酸锌(Zn(OAc)2)作为催化剂时,Zn2+离子往往容易聚集,在样品中的分布存在着极大的不均匀性。然而,当用1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(Triazabicyclodecene, TBD)作为催化剂时,虽然TBD催化效率高,但是TBD会参与环氧树脂的反应并成为环氧树脂网络的一部分,从而极大地影响环氧树脂的宏观力学性能。固体质子多量子实验清楚地揭示了环氧树脂的交联密度随TBD含量增加而降低,同时TBD含量越大,交联网络结构不均匀性越大,网络缺陷的含量随着TBD含量的增加而升高。进一步,为了避免Zn2+离子的聚集问题,我们制备了含Zn2+离子的大分子催化剂聚(丙烯腈-co-甲基丙烯酸锌) (Zn-PAM, poly(acrylonitrile-co-zinc methacrylate))用于催化环氧树脂的酯交换反应,不仅具有较高的催化效率,同时大分子的加入也极大地提高了环氧树脂的杨氏模量。最外,基于对vitrimer材料的认识,我们也制备了多种含动态键的高性能聚合物材料,包括具有多重刺激响应性的聚氨酯材料,含双重动态键的聚丙烯酸正丁酯(PBA)弹性体等,同时发展和应用最新的固体NMR深入揭示了材料的结构和动力学演化规律。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Using Dynamic Bonds to Enhance the Mechanical Performance: From Microscopic Molecular Interactions to Macroscopic Properties
利用动态键增强机械性能:从微观分子相互作用到宏观性能
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.9b00503
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Zhang Chi;Yang Zhijun;Nghia Tuan Duong;Li Xiaohui;Nishiyama Yusuke;Wu Qiang;Zhang Rongchun;Sun Pingchuan
  • 通讯作者:
    Sun Pingchuan
Viscoelasticity and Structures in Chemically and Physically Dual-Cross-Linked Hydrogels: Insights from Rheology and Proton Multiple-Quantum NMR Spectroscopy
化学和物理双交联水凝胶的粘弹性和结构:来自流变学和质子多量子核磁共振波谱的见解
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.7b01854
  • 发表时间:
    2017-12-12
  • 期刊:
    MACROMOLECULES
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Zou, Xueting;Kui, Xing;Sun, Pingchuan
  • 通讯作者:
    Sun, Pingchuan
Strain-induced structural and dynamic changes in segmented polyurethane elastomers
分段聚氨酯弹性体中应变引起的结构和动态变化
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2018.12.062
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Polymer
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Fenfen Wang;Shengli Chen;Qiang Wu;Rongchun Zhang;Pingchuan Sun
  • 通讯作者:
    Pingchuan Sun
High-performance recyclable cross-linked polyurethane with orthogonal dynamic bonds: The molecular design, microstructures, and macroscopic properties
具有正交动态键的高性能可回收交联聚氨酯:分子设计、微观结构和宏观性能
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2018.06.024
  • 发表时间:
    2018-07-18
  • 期刊:
    POLYMER
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Mei;Zhang, Rongchun;Sun, Pingchuan
  • 通讯作者:
    Sun, Pingchuan
Resolution enhancement and proton proximity probed by 3D TQ/DQ/SQ proton NMR spectroscopy under ultrafast magic-angle-spinning beyond 70 kHz
在超过 70 kHz 的超快魔角旋转下通过 3D TQ/DQ/SQ 质子 NMR 光谱探测分辨率增强和质子邻近度
  • DOI:
    10.1016/j.jmr.2019.05.006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Magnetic Resonance
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhang Rongchun;Nghia Tuan Duong;Nishiyama Yusuke
  • 通讯作者:
    Nishiyama Yusuke

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其他文献

CODEX 实验中由RIDER效应产生的伪交换信号研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Solid State Nuclear Magnetic Resonance
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    张荣纯;陈铁红;李宝会;丁大同
  • 通讯作者:
    丁大同

其他文献

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单链高分子纳米粒子及其纳米复合材料微观结构和动力学的固体NMR研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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