硼氮配位增強穩定性的硼酸酯基類玻璃高分子

2020-12-20 科學網

硼氮配位增強穩定性的硼酸酯基類玻璃高分子

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/19 15:37:19

近日，西安交通大學井新利課題組在硼氮配位增強穩定性的硼酸酯基的類玻璃高分子（Vitrimer）研究中取得一系列新進展。相關論文發表在2020年12月17日出版的《美國化學會志》上。

在該研究中，課題組報導了氮原子配位的環狀硼酸二酯（NCB）連接的抗水解穩定性和動態共價化學，並通過活性氫和異氰酸酯之間的化學反應發展了一種基於NCB連接的類玻璃高分子。熱力學和動力學研究表明，NCB連接具備增強的水熱穩定性，而NCB連接之間的交換反應可在僅需加熱、不需任何催化劑的情況下發生。模型化合物NCBC-X1和NCBC-X2分別包含一個氨基甲酸酯和脲基團，與傳統硼酸酯化合物相比表現出更高的抗水解穩定性。基於NCB連接的聚氨酯類玻璃高分子和聚(氨酯-脲)類玻璃高分子和普通熱固性塑料一樣具備優越的溶劑穩定性和機械強度，但又能在加熱時通過NCB連接的酯交換反應修復、再加工和循環利用。

值得注意的是，基於NCB連接的類玻璃高分子與傳統硼酸酯相比表現出增強的水熱穩定性，這是由於N→B內配位的存在導致的。研究人員認為，這項工作會為下一代可循環材料提供新的設計策略。

據了解，含硼高分子由於其優越性能具備許多應用潛力。具有可逆B-O鍵的有機硼化物已被成功用於編織各種可自愈可再生高分子材料。然而，含硼酸酯或硼氧六環的高分子材料的應用被其對水的不穩定性所大大限制。

附：英文原文

Title: Boronic Ester Based Vitrimers with Enhanced Stability via Internal Boron–Nitrogen Coordination

Author: Xiaoting Zhang, Shujuan Wang, Zikang Jiang, Yu Li, Xinli Jing

Issue&Volume: December 17, 2020

Abstract: Boron-containing polymers have many applications resulting from their prominent properties. Organoboron species with reversible B–O bonds have been successfully employed for the fabrication of various self-healing/healable and reprocessable polymers. However, the application of the polymers containing boronic ester or boroxine linkages is limited because of their instability to water. Herein, we report the hydrolytic stability and dynamic covalent chemistry of the nitrogen-coordinating cyclic boronic diester (NCB) linkages, and a new class of vitrimers based on NCB linkages is developed through the chemical reactions of reactive hydrogen with isocyanate. Thermodynamic and kinetic studies demonstrated that NCB linkages exhibit enhanced water and heat resistance, whereas the exchange reactions between NCB linkages can take place upon heating without any catalyst. The model compounds of NCBC-X1 and NCBC-X2 containing a urethane group and urea group, respectively, also showed higher hydrolytic stability compared to that of conventional boronic esters. Polyurethane vitrimers and poly(urea-urethane) vitrimers based on NCB linkages exhibited excellent solvent resistance and mechanical properties like general thermosets, which can be repaired, reprocessed, and recycled via the transesterification of NCB linkages upon heating. Especially, vitrimers based on NCB linkages presented improved stability to water and heat compared to those through conventional boronic esters because of the existence of N → B internal coordination. We anticipate that this work will provide a new strategy for designing the next generation of sustainable materials.

DOI: 10.1021/jacs.0c10244

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10244

 

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