Vitrimers(维替米尔)既非传统热固性塑料，也非传统热塑性塑料，但其行为兼具二者特性，从而融合了两者的最佳优势。CW就此向Mallinda寻求解释。

    尽管Mallinda的基于vitrimer（维替米尔）的树脂以双组分配方形式提供，其固化方式类似热固性树脂，但它还提供上述此类预固化板材。这些板材可在室温下储存，且无保质期限制。要制作零件，只需将板材加热至玻璃化转变温度（Tg）以上以软化树脂，然后成型为所需形状并冷却。Mallinda将这种材料称为可再加工热固性树脂。

    您的复合材料词汇表中新增了一个值得关注的术语：维替米尔（Vitrimers）。这种材料由法国研究员吕迪克·莱布勒（LudwikLeibler）于2011年首次发现并命名。维替米尔是一类源自热固性聚合物的塑料，其分子通过共价键形成网络结构，并能通过热激活的键交换反应改变拓扑结构。与热固性塑料类似，维替米尔可在特定温度下进行交联；又与热塑性塑料相似，在高温条件下可被软化并重塑。

    直至最近，维替米尔材料主要局限于学术和实验室环境。然而，在过去几年中，已有少数供应商实现了维替米尔材料的商业化，证明此类材料具有持久的应用前景。其中一家供应商—美国科罗拉多州丹佛市的Mallinda公司—正基于维替米尔技术开展运营并推出产品，从而验证了该材料的可行性。

    维替米尔材料应运而生

    菲利普·泰顿（PhilipTaynton）是Mallinda公司的首席技术官，该公司由他与同学克里斯·卡弗（ChrisKaffer，现任首席执行官）于2014年共同创立。泰顿与卡弗相识于科罗拉多大学博尔德分校（CU-Boulder），当时两人都在攻读研究生课程：泰顿攻读化学博士学位，卡弗则攻读工商管理硕士学位。Mallinda公司成立的初衷是为了商业化泰顿在科罗拉多大学博尔德分校进行的关于维替米尔树脂（vitrimers）的研究。他表示，公司的目标是开发并推向市场一种基体树脂，该树脂具有热固性环氧树脂的加工性能，同时又具备热塑性材料的再加工能力。卡弗为公司从美国国家科学基金会（NSF）和科罗拉多州政府获得了早期资金支持，从而推动了公司的起步发展。

    2016年，泰顿和卡弗将Mallinda迁至伯克利实验室（位于美国加利福尼亚州伯克利）的回旋加速器（CyclotronRoad）项目，该项目现更名为“激活学者计划”（ActivateFellowship），是一个旨在帮助具有全球影响力潜力的创业科学家推进项目的科技孵化器。在此期间，卡弗和泰顿致力于使其维替米尔（vitrimer）技术日趋成熟，并完善商业化路径。“该学者计划在两个关键方面发挥了重要作用，”泰顿表示，“首先，它使我们能够在世界级环境中专注于技术风险降低。其次，它使我们能够大幅拓展战略合作伙伴、客户、投资者、人才和导师的网络。”

    2018年，泰顿和卡弗将Mallinda迁回科罗拉多州，并开始认真进行产品开发与生产。在此过程中，他们从国家科学基金会（NSF）、科罗拉多州政府、美国能源部（DOE）获得了额外资金，并从SABICVentures获得了A轮融资。

    这款座椅背展示了Mallinda基于维特里默树脂体系的可成形性。尽管该树脂的加工方式类似热固性塑料，但其可像热塑性塑料一样进行再加工。此外，它还具备与热塑性塑料相同的易回收特性

    可再加工热固性树脂

    泰顿在科罗拉多大学博尔德分校的研究聚焦于一种利用可交换亚胺键连接化学键的树脂的开发。他说，亚胺键在化学界已为人所知数十年，但因其在水存在下不稳定而声名不佳。泰顿表示：“亚胺键非常特殊，因为它作为碳-氮双键，具有很强的稳定性，但同时也能在无需催化剂的情况下与其他邻近的C=N键轻松交换。我们在科罗拉多大学博尔德分校取得的突破是开发出完全稳定的亚胺键网络。这为一种新型化学平台打开了大门，该平台不仅能够与传统热固性树脂的机械性能相媲美，还能实现完全交联聚合物的可逆后固化加工。”

    此外，泰顿指出，Mallinda的亚胺键联网络可使用商业可用试剂制备。尽管具备这些特性，但Mallinda最初产品的“机械性能、价格定位、环境敏感性及可制造性均不及复合材料树脂的现有竞争水平。自离开科罗拉多大学博尔德分校以来的数年里，我们的研发重点一直致力于解决所有这些问题。我们成功开发了一种具有机械强度高且用途广泛的材料平台技术，以与现有传统材料竞争。”

    泰顿表示，他于2014年发表的首篇关于亚胺键联网络的论文，已预见其作为复合材料制造中基体树脂的应用潜力。“当时潜力已然存在，”他表示，“但在过去六年中，我们解答了许多疑问。”

    那些问题的答案均围绕面向商业规模生产的配方开发展开。如今，泰顿表示：“我们无需合成复杂的化学前体来制备我们的树脂。由于我们不必合成任何新的化学物质，生产成本显著降低，且能够迅速实现规模化生产。”

    其结果是一种树脂基体，泰顿称其“起初与其他热固性树脂类似”。这是一种双组分配方，具有一定的适用期，并可通过复合材料制造中常见的任何传统方法进行固化，包括压缩模塑、烘箱固化或热压罐固化。它在1-3分钟内固化，并像热固性树脂一样完全交联。该树脂也可制成预浸料。然而，当树脂被加热至材料的玻璃化转变温度（Tg）以上时，那些亚胺键开始迅速交换，树脂变软。在软化状态下，零件可被重塑，直至树脂温度降至Tg以下。此时，随着玻璃化转变使网络冻结，键交换反应基本停止。

    由于维替默尔（vitrimers）本身具有可逆化学特性，固化后的材料在温和条件下仅通过添加单体前驱物即可解聚并与纤维分离。单体自身可逆地参与网络反应，并将其分解为较小的分子片段，从而生成液态树脂，该树脂可轻松与纤维和填料分离。未经过修饰的回收树脂可直接用于制备下一代生产级维替默树脂。据泰顿介绍，第二代树脂可包含30-40%的回收树脂负载量，这不仅能够进一步降低树脂方面的成本，还能体现回收纤维材料的价值。

    此类材料应如何命名？泰顿强调，尽管它类似于热塑性材料进行再加工，但它并非热塑性材料。尽管它像热固性材料一样固化并交联，但它既不是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯，也不是任何其他常见树脂体系。“我们称其为可再加工或可逆热固性材料，”泰顿表示。

    该显微照片展示了在回收Mallinda可再加工热固性树脂基体系统时如何保留纤维质量。此外，回收过程中产生的30-40%单体可被整合到树脂的下一代产品中。

    产品与应用

    Mallinda正致力于开发和商业化两款基于其亚胺键联技术的树脂。泰顿表示，首款产品VitrimaxT60面向运动用品市场，其玻璃化转变温度（Tg）设计使得该材料可在家庭终端用户可接触的温度范围（60-80°C）下软化，并随后进行定制物理改性以重塑形态。

    该材料的潜在应用包括滑雪杖及个人防护用符合垫。第二种产品名为VitrimaxT130，正被定位为标准结构环氧树脂的即插即用替代品。其工艺温度范围为180-200°C，玻璃化转变温度（Tg）为130°C。该材料可进行压缩成型，主要针对汽车零部件、风力涡轮机叶片主梁帽及工业结构的应用需求。

    Mallinda的产品配方可提供液态形式，但泰顿表示，最便于用户使用的形式是完全固化的板材。为生产此类板材，Mallinda对选定的纤维进行预浸渍，然后立即进行固化以制成板材产品。这种板材可在室温下轻松运输和储存，无保质期限制，并可快速加热软化以成型为最终形状。“此成型过程中的模内时间非常短”，泰顿表示。“此外，我们的材料已显示出良好的层间粘结性能。它与环氧树脂的粘结效果也非常理想。”泰顿报告称，Mallinda的树脂表面能与环氧树脂相似，因此与大多数用于环氧树脂的上浆纤维兼容。

    Mallinda正在开发与拉挤工艺、树脂传递模塑（RTM）及单向（UD）胶带兼容的树脂品种。同时，一种符合防火、烟雾及毒性（FST）标准的树脂也正在研发中。此外，这些树脂正被评估用于与芳纶纤维及超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维配合使用。泰顿表示，焊接性能与可修复性亦在研究之列。

    进入市场

    泰顿表示，当他与卡弗共同创立Mallinda时，他们的最初重点是开发一种可回收树脂，该树脂能通过标准复合材料制造工艺快速固化。然而，在过去几年里，他说：“这种产品的驱动力是循环经济。回收已成为当务之急，尤其是在欧盟，我们的材料与此高度契合。”

    无论其用途如何，将此产品推向市场无疑需要开发工业规模的生产能力。Mallinda公司正在其丹佛工厂建设产能，以生产每种VitrimaxT60和T130产品的1吨美国标准量。这些生产线产出的材料将用于客户试用及验证项目。

    全规模生产将由工业合作伙伴按委托加工方式负责，泰顿表示，这些合作伙伴更具备完成此项任务的能力。Mallinda公司将负责产品研发与销售。目前该公司员工8人，但泰顿预计，在公司获得下一轮融资后，员工人数将增至12至15人。

    原文，《Vitrimers:Thereprocessablethermoset》2020.9.28

    杨超凡