Fabrication and Properties of Rosin-based Epoxy Vitrimer with Dual Dynamic Covalent Bonds

doi:10.7503/cjcu20220621

Abstract

Abstract:

Herein， rosin-based epoxy vitrimers（RE） with dual-dynamic covalent bonds （disulfide bond and ester bond） were fabricated by epoxy-carboxylic acid reaction with rosin derivative as an epoxy monomer， 3，3'-dithiodipropionic acid（DTDPA） as crosslinker. The structures of the RE networks were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR） and Raman spectroscopy， and the results indicated that rosin-based epoxy networks with dynamic disulfide bond and ester bond were successfully synthesized. Meanwhile， the thermo-mechanical properties， mechanical properties， thermal stability， and stress relaxation of the RE were investigated by dynamic mechanical analysis（DMA）， tensile testing， and thermogravimetric（TG） analysis. Furthermore， the effects of DTDPA content on self-healing and reprocessing capabilities of the RE networks were researched. The results show that the Rosin-based epoxy vitrimer which was prepared at a molar ratio of carboxyl in DTDPA/epoxy groups in rosin monomer=100∶100（RE-100） possess the excellent self-healing and reprocessing capabilities due to the most dynamic disulfide bonds and ester bonds in the network.

Key words: Rosin, Epoxy vitrimer, Self-repairing, Reprocessing

CLC Number:

O631

TrendMD:

ZENG Yanning, YANG Bin, YUAN Rongyan, LUO Zhaoyi. Fabrication and Properties of Rosin-based Epoxy Vitrimer with Dual Dynamic Covalent Bonds[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220621.

Figures/Tables 17

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Sample	I_2957+2864	I₁₆₃₇	I₁₆₃₇/I_2957+2864
RE⁃40	11.19	0.89	0.08
RE⁃60	12.09	1.36	0.11
RE⁃80	10.15	1.52	0.15
RE⁃80⁃vs	11.45	1.94	0.17
RE⁃100	12.21	3.41	0.28

Sample	I_2957+2864	I₁₆₃₇	I₁₆₃₇/I_2957+2864
RE⁃40	11.19	0.89	0.08
RE⁃60	12.09	1.36	0.11
RE⁃80	10.15	1.52	0.15
RE⁃80⁃vs	11.45	1.94	0.17
RE⁃100	12.21	3.41	0.28

Sample	T_g1/℃	T_g2/℃	E'/MPa	10⁵V_e/（mol·cm^-3）	Tensile strength/MPa	Elongation at break（%）	Toughness modulus/（MJ·m^-3）	T_5，d/℃	Residual mass fraction at 800 ℃（%）
RE⁃40	66.3	119.4	0.40	3.8	17.62±2.37	3.38±1.02	0.27±0.23	264.5	1.9
RE⁃60	65.8	113.7	0.80	8.3	20.45±2.80	6.13±1.08	0.66±0.20	269.2	4.8
RE⁃80	66.7	102.5	1.56	16.5	32.23±2.16	8.50±1.93	1.29±0.18	287.4	10.1
RE⁃80⁃vs	65.8	101.7	1.42	13.8	23.92±2.34	20.70±1.73	3.92±0.17	311.2	10.9
RE⁃100	65.8	85.6	1.98	22.2	37.54±2.03	10.20±1.89	1.86±0.19	300.2	13.9

Sample	T_g1/℃	T_g2/℃	E'/MPa	10⁵V_e/（mol·cm^-3）	Tensile strength/MPa	Elongation at break（%）	Toughness modulus/（MJ·m^-3）	T_5，d/℃	Residual mass fraction at 800 ℃（%）
RE⁃40	66.3	119.4	0.40	3.8	17.62±2.37	3.38±1.02	0.27±0.23	264.5	1.9
RE⁃60	65.8	113.7	0.80	8.3	20.45±2.80	6.13±1.08	0.66±0.20	269.2	4.8
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RE⁃100	65.8	85.6	1.98	22.2	37.54±2.03	10.20±1.89	1.86±0.19	300.2	13.9

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