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 聚芳醚酮(PAEK)、聚酰亞胺(PI)等高性能工程聚合物(HPEPs)以其低密度、高模量、優異的熱穩定性和耐化學性在汽車工程、航空航天、生物醫學材料和微電子等領域得到了廣泛的應用。它們優異的力學性能和熱穩定性主要源于聚合物鏈間的纏繞、芳香分子間的π - π相互作用和鏈結晶作用等。然而，高分子量的HPEPs需要特殊的合成工藝，在技術上存在眾多難題且難以回收。

為了解決高性能工程聚合物加工工藝這一難題，吉林大學孫俊奇教授團隊提出了新的方法：通過環硼氧烷動態交聯低分子量聚芳醚酮，制備了高機械強度的超分子熱固性聚合物。高拉伸強度（60.5~97.8 MPa），高楊氏模量從（1.59~4.10 GPa）。PAEK-B3O3熱固性樹脂的機械強度，主要來源于PAEK。當PAEK 的Mn為≈9400時，PAEK-B3O3的拉伸強度為高達97.8 MPa，楊氏模量≈1.93 GPa，玻璃化轉變溫度 (Tg) ≈ 154.0°C。當溫度接近Tg 時，這種PAEK-B3O3熱固性塑料保留了大量的環硼氧烷交聯點，保證了它們在高溫下的高機械強度。研究內容以“Solution-Processable and Thermostable Super-Strong Poly(aryl ether ketone) Supramolecular Thermosets Cross-Linked with Dynamic Boroxines”為題發表在最新一期《Advanced Functional Materials》。

典型的聚醚醚酮(PEEK)通常以二氟苯甲酮和對苯二酚為溶劑，經縮聚反應合成。隨著分子量的增加，聚合物鏈不可溶產生結晶。為了獲得分布均勻的高分子量PEEK，通常采用程序升溫工藝，嚴格控制反應溫度，防止目標聚合物的沉淀，但其機械強度和熱穩定性也顯著降低。超分子熱固性聚合物是可逆交聯的動態共價鍵或非共價相互作用的聚合物網絡，既有機械強度，又有再愈合能力，但目前只有少數高壓聚乙烯有較強的機械強度和熱穩定性，且合成工藝復雜，溶劑要求極高。

作者將低分子量工程聚合物與硼氧化合物交聯這一方法，制備了高性能超分子熱固性聚合物。作者合成的超分子熱固性材料性能優異，抗拉強度為60.5 ~ 97.8 MPa、楊氏模量為1.59 ~ 4.10 GPa。超分子熱固性聚合物PAEK-B3O3表現出良好的熱穩定性，分解溫度高達522.6℃。PAEK-B3O3可以在二氧六環和乙醇的混合溶劑作用下，通過加熱有效地回收和再加工，以恢復其原始的機械強度和完整性。

從應力-應變曲線可以看出，回收的PAEK-B3O3熱固體在切削/回收五個循環過程中都能保持原有的機械強度，這說明PAEK-B3O3熱固體具有良好的可回收性和可再加工性。PAEK-B3O3熱固體具有良好的水和乙醇穩定性，PAEK的疏水框架可以有效地防止水和乙醇擴散到熱固體中。

圖1 PAEK-B3O3聚合物的合成路線和結構示意圖。

傳統的HPEP不能用亞甲基藍、羅丹明B等有機染料染色。作者合成的PAEK-B3O3熱固體具有優良的固溶加工性能，可以被羅丹明B的乙醇溶液和亞甲基藍染色并加工成各種形狀。該材料加工的鑰匙比金屬鑰匙輕11.5倍，且足夠堅固，可以打開掛鎖1000次而不變形或損壞。

與傳統熱固性材料不同，動態交聯的PAEK-B3O3熱固性材料可以方便地與納米填料結合，進一步提高其機械強度。例如，將PAEK-B3O3 與苯硼酸改性POSS 混合，得到了不同質量比的PAEK-B/POSS-B透明且均質的溶液，再通過相同工藝制備性能增強的熱固體。POSS-B的引入提高了POSS-PAEK-B3O3熱固體的抗拉強度，當POSS-B含量為10 wt%時，POSS-PAEK-B3O3熱固體的抗拉強度最高，為118.6 MPa，比PAEK-B3O3熱固體的抗拉強度提高了21%。楊氏模量和Tg分別提升到2.72 GPa和162.7 ℃。

圖2 將PAEK-B3O3溶液加工成不同形狀的產品。

綜上，作者通過環硼氧烷動態交聯PAEK-B聚合物，制備了具有高機械強度的可溶液加工和耐熱的PAEK-B3O3超分子熱固性聚合物，表現出較高的機械強度和可再加工性。這是一種方便、技術簡單的合成工藝和加工方法。這項研究為制備易于加工的高性能高分子材料提供了一條有效的策略，在高分子加工應用方面具有很好的啟發意義。