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(圖片來源：Adv. Mater.)

圖1. 使用嵌入催化劑的重塑

為了探究聚二環(huán)戊二烯（pDCPD）熱固性塑料的應(yīng)力松弛行為及其與溫度和催化劑活性的關(guān)系。作者對含有1 mol%丁基羥基甲苯（BHT）的pDCPD材料?進行了不同溫度下的應(yīng)力松弛實驗，以了解材料的重塑行為和粘彈性特性（圖2A）。作者通過測定材料在80 °C至110 °C溫度范圍內(nèi)的松弛時間τ，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，τ呈指數(shù)級減少，符合阿倫尼烏斯（Arrhenius）行為，表明催化活性隨溫度升高而增加，并且?guī)缀跬耆⒘耸┘拥膽?yīng)力（圖2B）。然而，在更高的溫度（140 °C）下，觀察到松弛速率的減緩，表明材料中的活性催化劑正在經(jīng)歷溫度依賴的失活過程。此外，作者還比較了FROMP技術(shù)制備的熱固性塑料與傳統(tǒng)等溫固化方法制備的熱固性塑料的動態(tài)重塑能力。結(jié)果顯示，F(xiàn)ROMP制備的熱固性塑料在90 °C的重塑溫度下具有更短的松弛時間τ，表明其具有更高的催化活性（圖2C-D）。作者通過對不同配方的pDCPD材料進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ROMP制備的材料?在重塑后能夠成功恢復(fù)原始熱機械性能，而傳統(tǒng)方法制備的材料?則表現(xiàn)不佳（圖2E）。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了FROMP技術(shù)在制造可多次重塑的pDCPD熱固性塑料方面的潛力。

圖片來源：Adv. Mater.

為了探究催化劑在pDCPD熱固性塑料中失活的機制，并研究不同因素對催化劑活性的影響。作者首先對pDCPD材料?進行了一系列的等溫應(yīng)力松弛實驗，表明催化劑活性隨溫度升高而降低（圖3A-B）。為了理解催化劑失活的機理，作者考慮了釕基催化劑可能通過多種途徑失活，并探究了其中的主要途徑。通過對比不同磷化物含量的pDCPD材料在120 °C下的松弛行為，發(fā)現(xiàn)隨著三丁基膦（TBP）含量的增加，τ的變化速率降低，表明TBP的增加有助于保護催化劑活性。此外，將TBP氧化為P=O后，τ的變化速率加快，而丁基羥基甲苯（BHT）對τ的演變影響不大，這些結(jié)果表明催化劑的失活與催化活性物種密切相關(guān)（圖3C）。作者進一步合成了氘代的pDCPD材料?-d，并與非氘代的?進行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在120 °C下，?-d的τ演變速度比?慢了近兩倍，顯示出與催化劑失活相關(guān)的強同位素效應(yīng)，這與β-氫消除一致（圖3D）。這些觀察結(jié)果表明，催化劑的穩(wěn)定性依賴于材料的組成，例如在更高的溫度下，含有更多環(huán)辛烯（COE）片段的材料?比?更容易發(fā)生催化劑失活。

圖片來源：Adv. Mater.

為了探究pDCPD熱固性塑料在多次重塑過程中的性能保持情況和不同重塑條件下材料性能的恢復(fù)。作者首先通過壓縮成型的方法將顆粒化的pDCPD材料?重塑成第二代材料?·R1，并對其進行了額外兩次重塑，結(jié)果表明即使在三次重塑周期后，材料的特征松弛時間τ的原始值和變化值之間的比值幾乎沒有變化，這暗示了可以進一步獲得更多代的材料（圖4A）。動態(tài)機械分析（DMA）顯示，所有測試的?材料均能夠有效地恢復(fù)熱機械性能（圖4B）。此外，在催化劑快速分解的溫度處，tan δ出現(xiàn)了第二個轉(zhuǎn)變，這與材料中活性催化劑的含量密切相關(guān)，進一步強調(diào)了催化劑在控制可再加工性和網(wǎng)絡(luò)拓撲中的關(guān)鍵作用。值得注意的是，即使在室溫下放置50天后，作者仍然能夠通過重塑過程恢復(fù)原始材料?的熱機械性能。此外，通過增加BHT的含量，pDCPD材料?在相同時間老化后表現(xiàn)出比?更慢的τ變化速率，表明BHT有助于保持材料中活性催化劑的穩(wěn)定性。因此，經(jīng)過50天老化的?在重塑后能夠更有效地恢復(fù)其原始機械性能，得到的新材料缺陷也更少（圖4C）。此外，這種重塑方法也適用于通過FROMP制備的其他聚烯烴熱固性塑料。作者成功恢復(fù)了具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的熱固性塑料的材料性能（圖4D）。例如，具有較高Tg（110 °C）的pDCPD材料?的熱機械性能也得到了成功的恢復(fù)。然而，重塑這一材料所需的溫度（130 °C）與催化劑快速失活的溫度相一致，導(dǎo)致無法進一步獲得?的更多代。最后，作者通過單軸拉伸測量評估了pDCPD性能的有效恢復(fù)（圖4E）。原始的?材料表現(xiàn)出了典型的pDCPD材料的彈性模量和屈服強度，以及斷裂前的冷拉行為。由小顆粒重塑的材料雖然恢復(fù)了良好的彈性模量，但屈服強度降低，出現(xiàn)了脆性斷裂。這種機械性能的損失可能是由于在將材料機械破碎成高比表面積顆粒的過程中網(wǎng)絡(luò)鏈的斷裂所引入的網(wǎng)絡(luò)缺陷。相比之下，由大顆粒重塑的材料在相同條件下重塑后能夠完全恢復(fù)材料性能，并且線性和非線性材料行為都得到了恢復(fù)，這與母體網(wǎng)絡(luò)在重塑過程中經(jīng)歷了較少的不可逆斷裂事件相一致。

圖片來源：Adv. Mater.