武汉理工大学梅启林/丁国民《ACS APM》：基于光激活可控聚合的高性能液态热塑性树脂

发表时间: 2025-07-01

作者：高分子科学前沿来源：高分子科学前沿

与传统热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有成型效率高、可回收、可二次加工、耐水性优异等独特优势，正逐渐成为复合材料领域重要的研究方向。然而，常规热塑性复合材料多采用熔融浸渍方法制备，此过程中高黏度的热塑性树脂熔体难以浸渍纤维，致使所制复合材料力学性能普遍较差，严重阻碍了该方向的发展。兼具优良性能和良好成型工艺的新型液态热塑性树脂为以上问题提供了理想的解决方案。但目前关于液态热塑性树脂的研究尚处于起步阶段，主流所使用的丙烯酸酯类液态热塑性树脂存在固化工艺要求高、易暴聚、易挥发、体积收缩严重及耐热-耐碱性差等固有缺陷，限制了其进一步的发展与应用。

针对以上问题，武汉理工大学梅启林教授、丁国民副研究员探究不同官能团对丙烯酸酯类单体光响应特性的影响，优选高紫外吸收能力单体作为光激活剂，成功制备了聚合度可控、挥发性低、固化放热少的丙烯酸酯类液态热塑性树脂，大幅降低了此类树脂固化暴聚的风险，消除了固化过程中材料内部应力，进而同时提高了此类树脂的工艺性和力学性能。研究成果以“Photoactivated Liquid Acrylate Resin toward ControllablePolymerization, Low Residual Stress, and Enhancing MechanicalProperties”发表在《ACS Applied Polymer Materials》期刊上。

研究概括：

引入高吸光性单体作为光激活剂，在紫外光辐照下实现了丙烯酸酯类树脂的可控聚合，制备了粘度可控、低挥发、低固化放热并且可长期储存的液态热塑性树脂。通过紫外-可见光吸收光谱、红外光谱、X射线光电子能谱等手段探究了聚合反应过程，揭示了紫外光激活丙烯酸酯类树脂可控聚合的机理（图1）。

图1光激活聚合机理与表征

研发的新型光激活预聚丙烯酸酯树脂具有较低的官能团密度，与传统丙烯酸酯树脂相比，其在常温固化过程中的挥发性、体积收缩率和固化放热分别降低了20.9%、1.98%和9.25%，有效避免了树脂固化过程中的暴聚风险（图2）。

图2光激活丙烯酸酯液态树脂在室温下的固化行为

该光激活预聚树脂室温固化后即可表现出优异的综合性能：耐热性、耐碱性以及耐有机溶剂性相较于传统聚丙烯酸酯均有明显提高（图3）；由于该液态树脂具有较低的固化放热温度和体积收缩率，降低了树脂固化过程中生成的热应力与内应力，从而可摆脱传统树脂所需的后固化处理；其机械性能明显优于传统聚丙烯酸酯，拉伸强度最高可达62.8MPa，弯曲强度可达105.3 MPa，冲击韧性可达15.2 KJ/m2（图4）。此类树脂不仅可以减少工业化生产中的制造周期和能源成本，而且显著拓宽了丙烯酸酯液态热塑性树脂的应用场景。