高性能生物基可回收环氧树脂对社会可持续发展有巨大价值。目前， 广大科研工作者普遍利用动态化学健赋予环氧树脂可再加工性，降解与回收等功能。然而，动态化学键的存在往往会降低环氧树脂的热性能和机械性能，因此，制备具有优异机械性能和良好热稳定性的可回收环氧玻璃体仍然是一项挑战，也具有重要意义。

      基于此，作者设计了一种含有呋喃结构的双酚单体(FCN)，如图1所示，该呋喃基双酚与丙三醇三缩水甘油醚固化得到的环氧树脂(FCN-GTE)具有双氢键网络和动态亚胺结构。希夫碱结构不仅赋予了材料动态化学健的性能，还提高了材料的氢键网络密度。此外，作者通过密度泛函理论(DFT)计算揭示了氢键网络的形成机理。如图2所示，密度泛函理论计算发现，呋喃环上氧原子和C=N中氮原子与羟基形成的氢键强度分别为19.5 KJ/mol和44.6 KJ/mol，与BPA-GTE树脂相比，FCN-GTE由于氢键网络密度和物理交联相互作用的增加表现出显著改善的力学性能。

图1 热固性环氧树脂的化学结构及合成方法。

图2 Furan (a)、FCN (b)、BCN-GTE (c) 以及FCN-GTE (d) 的模型化合物和优化几何形状。

        如图3所示，与传统双酚A型环氧树脂相比，FCN-GTE的室温储存模量、T_g、拉伸强度分别提高了78.1%、93.3%、53.2%。此外，如图3(d)所示，由于存在丰富的亚胺键，FCN-GTE具有优越的紫外线屏蔽特性。如图3(e-f)所示，由于呋喃环的存在形成的氢键网络，FCN-GTE环氧树脂的各项性能均高于BCN-GTE环氧树脂。

图3 (a) DMA曲线，(b) TGA曲线，(c) 应力-应变曲线，(d) 环氧树脂网络的UV光谱，(e) FCN-GTE和 (f) BCN-GTE的交联网络。

       重要的是，丰富的亚胺键赋予了FCN-GTE环氧树脂优异的化学降解、可回收性能；存在希夫碱的FCN-GTE和  BCN-GTE树脂具有良好的热修复性能(图4)，而传统环氧树脂并不具备这种性能。同时，将FCN-GTE环氧树脂与碳纤维制备的复合材料可以在胺溶液中完全回收，且没有破坏碳纤维的性能(图5)。本研究为实现生物基热固性材料的高性能和可回收性提供了一种有效的策略。

图4 BPA-GTE (a)、FCN-GTE (b) 和BCN-GTE (c) 修复过程的偏光显微照片。

图5 (a) 碳纤维复合材料的制备和回收工艺。(b) CF复合材料的拉伸曲线。(c) 原始碳纤维和回收碳纤维的拉曼光谱。(d) CF复合材料在EDA溶液中不同降解时间纤维表面的SEM图像。

        该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。赵长博博士研究生是该论文的第一作者，薛志勇教授，郭兵副教授，朱才镇教授为通讯作者，徐坚教授为本工作提供了大力支持和指导。

原文信息：

High-Performance Recyclable Furan-based Epoxy Resin and Its Carbon Fiber Composites with Dense Hydrogen Bonding

Zhao, C. B.; Feng, L. K.; Xie, H; Wang, M. L.; Guo, B.; Xue, Z. Y.; Zhu, C. Z.; Xu, J. 

Chinese J. Polym. Sci. 2024, 42, 73–86

DOI: 10.1007/s10118-023-3045-9