Bridging Rigid Phases with Castor Oil-Based Soft Segments for Ultra-Strong and Chemically Recyclable Polymers and Their Fiber-Reinforced Composites

材料科学 热固性聚合物 极限抗拉强度 复合材料 动态力学分析 聚合物 玻璃化转变 桥接(联网) 蓖麻油 模数 聚酰亚胺 杨氏模量 模具 相容性(地球化学) 化学改性 工作(物理) 机械强度 环氧树脂
作者
Hongyu Pan,Xingyuan Lu,Wei Xiang,Haoxiang Sun,Junqi Sun
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 932-940
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.5c01638
摘要

Developing plastics that integrate biomass-derived components while achieving high mechanical strength and recyclability remains a formidable challenge. Here, we report chemically recyclable COPI plastics fabricated by reversibly cross-linking low-molecular-weight boronic acid-terminated polyimide (BPI) with vinyl-diol-functionalized castor oil (VCO) through dynamic boronic ester bonds. The resulting soft-rigid hybrid networks, reinforced by reversible boronic ester linkages, hydrogen bonding, and π-π stacking, exhibit exceptional performance, including a tensile strength of ∼170.6 MPa, a Young’s modulus of ∼2.5 GPa, and a glass transition temperature of ∼217.6 °C. Benefiting from reversible boronic esters, COPI plastics can be selectively depolymerized in DMAc/ethanol to recover high-purity BPI and biodegradable VCO. Integrating COPI with carbon fibers yields CF/COPI composites whose mechanical properties rival CF/epoxy thermosets while maintaining chemical recyclability. This work demonstrates an effective strategy for creating ultrastrong, processable, and recyclable plastics and composites by reversibly cross-linking rigid and flexible segments through well-designed dynamic chemistries.
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