武漢理工大學梅啟林/丁國民《ACS APM》：基於光啟動可控聚合的高性能液態熱塑性樹脂

與傳統熱固性複合材料相比，熱塑性複合材料具有成型效率高、可回收、可二次加工、耐水性優異等獨特優勢，正逐漸成為複合材料領域重要的研究方向。然而，常規熱塑性複合材料多採用熔融浸漬方法製備，此過程中高黏度的熱塑性樹脂熔體難以浸漬纖維，致使所制複合材料力學性能普遍較差，嚴重阻礙了該方向的發展。兼具優良性能和良好成型工藝的新型液態熱塑性樹脂為以上問題提供了理想的解決方案。但目前關於液態熱塑性樹脂的研究尚處於起步階段，主流所使用的丙烯酸酯類液態熱塑性樹脂存在固化工藝要求高、易暴聚、易揮發、體積收縮嚴重及耐熱-耐鹼性差等固有缺陷，限制了其進一步的發展與應用。

針對以上問題，武漢理工大學梅啟林教授、丁國民副研究員探究不同官能團對丙烯酸酯類單體光回應特性的影響，優選高紫外吸收能力單體作為光啟動劑，成功製備了聚合度可控、揮發性低、固化放熱少的丙烯酸酯類液態熱塑性樹脂，大幅降低了此類樹脂固化暴聚的風險，消除了固化過程中材料內部應力，進而同時提高了此類樹脂的工藝性和力學性能。研究成果以“Photoactivated Liquid Acrylate Resin toward ControllablePolymerization, Low Residual Stress, and Enhancing MechanicalProperties”發表在《ACS Applied Polymer Materials》期刊上。

研究概括：引入高吸光性單體作為光啟動劑，在紫外光輻照下實現了丙烯酸酯類樹脂的可控聚合，製備了粘度可控、低揮發、低固化放熱並且可長期儲存的液態熱塑性樹脂。通過紫外-可見光吸收光譜、紅外光譜、X射線光電子能譜等手段探究了聚合反應過程，揭示了紫外光啟動丙烯酸酯類樹脂可控聚合的機理（圖1）。

圖1光啟動聚合機理與表徵

研發的新型光啟動預聚丙烯酸酯樹脂具有較低的官能團密度，與傳統丙烯酸酯樹脂相比，其在常溫固化過程中的揮發性、體積收縮率和固化放熱分別降低了20.9%、1.98%和9.25%，有效避免了樹脂固化過程中的暴聚風險（圖2）。

圖2光啟動丙烯酸酯液態樹脂在室溫下的固化行為

該光啟動預聚樹脂室溫固化後即可表現出優異的綜合性能：耐熱性、耐鹼性以及耐有機溶劑性相較于傳統聚丙烯酸酯均有明顯提高（圖3）；由於該液態樹脂具有較低的固化放熱溫度和體積收縮率，降低了樹脂固化過程中生成的熱應力與內應力，從而可擺脫傳統樹脂所需的後固化處理；其機械性能明顯優於傳統聚丙烯酸酯，拉伸強度最高可達62.8MPa，彎曲強度可達105.3 MPa，衝擊韌性可達15.2 KJ/m²（圖4）。此類樹脂不僅可以減少工業化生產中的製造週期和能源成本，而且顯著拓寬了丙烯酸酯液態熱塑性樹脂的應用場景。

圖3光啟動預聚丙烯酸酯樹脂固化後的熱性能

圖4光啟動預聚丙烯酸酯樹脂固化後的機械性能

武漢理工大學碩士研究生高琳沁為論文第一作者，丁國民副研究員擔任論文通訊作者。該項研究受到了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金、武漢理工大學自主創新基金、桐鄉新材料研究院開放基金的支援，哈工大鄭州研究院為論文研究提供了大力的測試服務支援。

論文資訊：Linqin Gao, Guomin Ding*, Luyao Wang, Zhengpeng Shen, Yao Wang, and Qilin Mei. Photoactivated Liquid Acrylate Resin toward Controllable Polymerization, Low Residual Stress, and Enhancing Mechanical Properties ACS Applied Polymer Materials, 2025. DOI: 10.1021/acsapm.5c01494.論文連結：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.5c01494

 來源：高分子科學前沿
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