Fabrication and Properties of Epoxy Vitrimer Based on Multiply Dynamic Covalent Bonds

doi:10.7503/cjcu20220308

Abstract

Abstract:

Traditional epoxy networks were wildly applied in composites， adhesives， coatings， electronic packaging and insulating materials， due to their excellent properties and stable network structure. However， once epoxy networks are formed， they cannot be reprocessed. When epoxy networks are damaged during the serving time， they cannot be self-healed. Epoxy vitrimers networks with dynamic reversible covalent bonds can reorganized their network typology under external stimuli， contributing to network reprocessing and self-healing. Currently， most epoxy vitrimers show a high temperature for reprocessing and self-healing， consuming high energy. Herein， the epoxy vitrimers with tri-dynamic covalent bonds（boronic ester bond， disulfide bond and ester bond） were fabricated by epoxy-thiol “click” reaction and epoxy-carboxylic acid reaction. The structures of the prepared epoxy vitrimers were characterized by Fourier transform Infrared spectrometer（FTIR） and Raman spectroscopy， and hydrogen bonds were found in the prepared epoxy vitrimers contributing to improvement of crosslink density. Meanwhile， the thermal stability， thermo-mechanical properties and mechanical properties of the prepared epoxy vitrimers were investigated by thermogravimetry（TG）， dynamic mechanical analysis（DMA） and tensile testing. Furthermore， self-healing， welding， shape memory and reprocessing capabilities of the prepared epoxy vitrimers were researched. The results display that at 80 ℃ the scratches on the prepared epoxy vitrimers can be fully recovered and the welding recovery of tensile strength of the prepared epoxy vitrimers is >80%， indicating excellent functionality.

Key words: Epoxy vitrimer, Dynamic covalent bond, Self-repairing, Reprocessing, Welding

CLC Number:

O631

TrendMD:

YANG Weiming, XI Aoqian, YANG Bin, ZENG Yanning. Fabrication and Properties of Epoxy Vitrimer Based on Multiply Dynamic Covalent Bonds[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220308.

Figures/Tables 15

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Sample	T_g/℃	E'/MPa	10^-3V_e/ （mol?cm^-3）	Tensile strength/MPa	Elongation at break（%）	Toughness modulus/（MJ?m^-3）	T_5d/℃	Residual mass at 800 ℃（%）
TBD?1∶0	40	7.65	0.89	44.50±2.57	16.5±1.02	3.75±0.22	267	18.3
TBD?2∶1	34	7.64	0.91	29.90±2.88	35.5±3.08	6.95±0.56	271	17.6
TBD?3∶2	31	7.60	0.91	17.70±1.16	144.0±10.9	19.70±1.87	271	16.4
TBD?1∶1	27	8.03	0.97	14.30±2.74	164.0±12.7	17.10±1.28	271	16.0
TBD?2∶3	24	7.75	0.95	9.01±1.03	145.0±10.8	8.54±1.01	272	15.6
TBD?1∶2	19	7.00	0.87	8.60±0.99	125.0±12.9	6.23±0.59	272	13.5
TBD?0∶1	7	6.74	0.87	1.55±0.20	54.0±7.10	0.48±0.05	286	11.7

Sample	T_g/℃	E'/MPa	10^-3V_e/ （mol?cm^-3）	Tensile strength/MPa	Elongation at break（%）	Toughness modulus/（MJ?m^-3）	T_5d/℃	Residual mass at 800 ℃（%）
TBD?1∶0	40	7.65	0.89	44.50±2.57	16.5±1.02	3.75±0.22	267	18.3
TBD?2∶1	34	7.64	0.91	29.90±2.88	35.5±3.08	6.95±0.56	271	17.6
TBD?3∶2	31	7.60	0.91	17.70±1.16	144.0±10.9	19.70±1.87	271	16.4
TBD?1∶1	27	8.03	0.97	14.30±2.74	164.0±12.7	17.10±1.28	271	16.0
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TBD?1∶2	19	7.00	0.87	8.60±0.99	125.0±12.9	6.23±0.59	272	13.5
TBD?0∶1	7	6.74	0.87	1.55±0.20	54.0±7.10	0.48±0.05	286	11.7

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