环氧树脂是一种典型的热固性聚合物,由于其优异的力学性能、粘结性、尺寸稳定性、耐热性和耐化学腐蚀性,在工业上被广泛地用于胶黏剂、涂料、电子封装材料和先进复合材料的基体材料。然而,传统的环氧树脂由于其稳定的交联结构,不能被重复加工成型、修复或者化学溶解,这使得逐年增长的废弃环氧树脂及其复合材料的回收利用成为一个长期的挑战。因此,经济和环境保护双重因素推动着可回收环氧树脂的开发。本文设计并合成了一系列含有动态共价键的可回收环氧树脂,系统地研究了这些环氧树脂的热学性能、力学性能、可回收功能以及结构与性能之间的关系规律。部分合成的环氧树脂被用于碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRCs),实现CFRCs的可回收再利用。本文的研究内容主要如下:(1)通过在环氧树脂中引入二硫键,制备了一种可回收,可焊接,可再次加工成型,且不含催化剂的高性能环氧树脂。固化后环氧树脂的拉伸强度为33 MPa,玻璃化转变温度(T_g)为116oC,这与传统环氧树脂的性能相当。由于二硫键可发生动态交换反应的特性,可以使固化后的环氧树脂像热塑性聚合物一样被焊接,并且焊接处的强度几乎与树脂的内聚强度相同。该环氧树脂还可以被再次成型,且经过三次重复加工成型后,它的拉伸强度保有率仍有近90%,所以树脂损坏的地方可以进行修复,不需要更换。此外,固化后的环氧树脂可以在含有硫醇的溶剂中降解,并实现闭环回收。(2)异佛尔酮二胺(IPDA)和两种不同的芳香醛(生物基香草醛和石油基对羟基苯甲醛)通过缩合反应合成了两种含亚胺动态共价键的环氧固化剂IH-VAN和IH-HB。通过FTIR,1H-NMR,13C-NMR和HRMS表征了这两种固化剂的化学结构。这两种固化剂固化的环氧树脂表现出较高的T_g(>120oC)、拉伸强度(>60 MPa)、杨氏模量高(>2500 MPa)和良好的耐化学溶剂性。由于引入了亚胺动态共价键,使得固化后的环氧树脂可以再次加工成型和降解,其中化学降解的产物可以被用来制备新的环氧树脂,从而实现闭环回收过程。重复加工成型和化学回收得到环氧树脂都显示出较高的热学和力学性能保有率。最后,相比采用石油基固化剂IH-HB固化的环氧树脂,基于生物基固化剂IH-VAN的环氧树脂显示出与其相似的热学性能、力学性能和可回收功能。(3)为了使CFRCs具有可修复和可回收功能,设计制备了一种含亚胺动态共价键的生物基环氧树脂。首先,通过木质素衍生物香草醛和甲基环己二胺的缩合反应合成了含亚胺动态共价键的环氧固化剂(ICH)。使用ICH固化的环氧树脂(vitrimer)具有T_g高(≥131oC),拉伸强度高(≥82 MPa)以及耐溶剂性能好等优点。因为引入亚胺动态共价键键,使得环氧树脂具有再加工成型和可降解的性能。重复加工成型后得到的环氧树脂T_g略有增加,拉伸强度的保有率约为90%。这种含亚胺动态共价键的环氧树脂可以通过两种不同的化学方式进行闭环回收,其中一种回收方式得到的环氧树脂其拉伸强度和T_g几乎可以完全恢复。以ICH固化环氧树脂为基体制备的CFRCs具有与基于传统环氧树脂的CFRCs相当的弯曲强度。由于ICH固化的环氧树脂具有vitrimer的特性,使得制备的CFRCs具有可修复功能,尤其层间发生剪切破坏后,修复后CFRCs的层间剪切强度恢复率可达到92%。此外,通过在胺类溶剂中降解树脂基体,可从CFRCs中回收得到完好的碳纤维,且降解产物可用于制备新的环氧树脂,从而实现CFRCs的完全可回收。(4)为了研究交联密度对环氧树脂交联结构动态性能的影响,采用含亚胺动态共价键的固化剂对一系列由不同比例的双官能和三官能环氧单体混合物进行固化。随着交联密度的增加,环氧树脂固化反应的焓变和T_g增加。应力松弛测试的结果表明,随着环氧树脂交联密度的增加,亚胺键交换反应所需的活化能(Ea)单调递增。虽然所有环氧树脂扔保持可被再次加工成型的特性,但是其强度保有率随交联密度的增加而降低。