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本文开发了一种生物基可降解环氧树脂，通过将动态共价键引入衣康酸基交联网络，实现了材料性能与可持续性的协同优化。所设计的含动态酯键的树脂体系，具备优良的机械性能与热稳定性；含动态二硫键的树脂体系展现出优秀的绝缘性能。同时，动态共价键的引入显著提高了树脂的降解性能，通过动态共价键的交换反应，实现了环氧树脂在温和条件下高效降解。这种基于可再生原料与动态化学的分子设计，既解决了传统环氧树脂难以降解回收的瓶颈，又兼顾了绝缘材料所需的热-力-电综合性能，为绿色电工装备领域提供了新材料解决方案。

可降解热固性聚合物与绿色材料代表了高分子科学的前沿，致力于融合卓越的材料性能与环境可持续性。各种基于动态共价键的环氧树脂材料被广泛探索，极大地拓展了其在可持续电工装备材料等领域的应用。具有可动态调节特性和可控降解性的生物基环氧树脂对于实现闭环材料生命周期至关重要，因此基于动态共价键的可降解环氧树脂的研究对于下一代绿色低碳环氧电工装备、可持续绝缘材料及循环复合材料的发展具有重要意义。

基于以上背景，华北电力大学电力工程系刘贺晨副教授课题组基于动态共价键化学与绿色材料的设计理念，成功制备了基于生物基衣康酸的可降解环氧树脂。该材料体系具备良好的热稳定性、力学性能与绝缘性能，同时具备优异的降解性能。其三维交联网络由动态酯键与动态二硫键构成，而生物基骨架则来源于衣康酸环氧单体。文章介绍了基于动态共价键的衣康酸基环氧树脂的制备原理与过程（图1）。

图1  基于动态共价键的衣康酸基可降解环氧树脂的制备原理与过程

文章表征了衣康酸基环氧树脂的动态热机械性能、热稳定性、电气性能(图2)。所制备的衣康酸基环氧树脂成功实现了综合性能的平衡。含动态二硫键的环氧树脂E-AFD体系表现出较高的储能模量；含动态酯键的环氧树脂E-TBD体系的玻璃化转变温度可达122 ℃。动态酯键赋予树脂体系优异的热稳定性，E-TEOA树脂体系的5%热失重温度可达344.9 ℃。E-AFD树脂体系表现出优越的绝缘性能，在保持较高击穿场强的同时，维持了较低的泄漏电流与介质损耗因数。

图2  基于动态共价键的衣康酸基可降解环氧树脂的动态热机械性能、热稳定性和电气性能. a)采用动态热力分析仪测量不同树脂体系的介质损耗因数tanδ随温度变化曲线; b)不同树脂体系的储能模量随温度变化曲线; c)不同树脂体系的热失重曲线; d)不同树脂体系的分解速率曲线; e)不同树脂体系的击穿场强的威布尔分布; f)不同树脂体系的泄漏电流和介质损耗因数

文章研究了衣康酸基环氧树脂的力学性能与扫描电镜（SEM）断面形貌分析(图3)，分析了动态共价键对树脂体系力学行为与断裂机制的影响。动态酯键的引入有效增强了材料的韧性，使E-TEOA体系获得了优异的弯曲强度(141.57 MPa)；相比之下，含动态二硫键的E-AFD体系则表现出更高的刚性，但其脆性也随之增大。这些宏观力学行为在微观形貌上得到了直接印证：E-AFD的断面最为光滑平整、裂纹稀少，呈现出典型的脆性断裂特征，这与其弯曲强度较低的结果相一致；而E-MHHPA树脂体系的断面则异常粗糙，伴有大量裂纹分叉，明确体现了其优异的韧性；E-DMP、E-TBD及E-TEOA体系的断面形貌呈现出舌状至河流状的演变，且撕裂状纹理与裂纹密度增加，直观地反映了其韧性提升的趋势，从而在宏观上表现为弯曲强度的提高。

图3  基于动态共价键的衣康酸基环氧树脂的机械性能与断面形貌. a)不同树脂体系的弯曲应力-应变曲线; b)不同树脂体系的弯曲强度和储能模量; （c−f）不同树脂体系的样品断面SEM结果

文章展示了衣康酸基环氧树脂的降解性能(图4)，成功实现了环氧树脂在温和条件下高效降解。环氧树脂含有动态共价键有利于实现环氧树脂的降解，因此使用不同的动态共价键的交换原理所对应的不同降解体系实现树脂的化学降解。通过催化剂驱动的酯交换反应可以实现含动态酯键的环氧树脂的快速降解；通过二硫化物与硫醇的交换反应可以实现含动态二硫键的环氧树脂的快速降解。相比之下，传统DGEBA树脂体系的降解极为困难，进一步证实了该树脂体系在可持续型可回收热固性材料领域的可行性。

图4  基于动态共价键的衣康酸基环氧树脂的降解性能. a）不同树脂体系在降解溶液中的重量残余; b）不同树脂体系在降解过程中的形貌变化

该工作题为“Preparation and properties study of itaconic acid-based degradable epoxy resin based on dynamic covalent bonds”，发表在Chinese Journal of Polymer Science。刘贺晨副教授是该论文的第一作者，周欣欣为通讯作者。

Citation

Liu, H. C.; Zhou, X. X.; Zhou, S. S.; Zou, Y.; Wang, Y. L.; Li, X. Q. Preparation and properties study of itaconic acid-based degradable epoxy resinbased on dynamic covalent bonds. Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 2009–2021.DOI：10.1007/s10118-025-3427-2