生物基Vitrimer高分子材料的研究进展

童善缘, 胡 云, 于金尼, 贾普友, 黄 钦, 周永红

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所;江苏省生物质能源与材料重点实验室;国家林业和草原局林产化学工程重点实验室;林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏 南京 210042; 2.南京林业大学化学工程学院;江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037; 3.广西民族大学,林产化学与工程国家民委重点实验室,广西林产化学与工程重点实验室,广西林产化学与工程协同创新中心,广西 南宁 530006)

高分子材料在日常生活中屡见不鲜,它们从根本上改变了人类的生活方式及习惯。热塑性材料通过非共价键连接,加热时形成熔融流体,降温冷却后定型形成稳定固体,材料黏度小[1],在低温定型后可多次加工成型,但在高温下易发生机械形变与蠕变,这导致材料的耐热性与刚性较差[2]。热固性材料的反应位点在高温时被激活,分子间呈交联网状结构,促使交联密度大大增加,相较于热塑性材料具有良好的机械性能与热力学性能[3],但其材料分子间交联是不可逆过程,可能会造成资源浪费与环境污染,与绿色环保理念发生冲突。类玻璃高分子(Vitrimer)材料则兼具热固性材料与热塑性材料的优点,在一定温度内被交联网络所束缚,在外界刺激下Vitrimer共价键可发生断裂与重排,赋予了材料焊接,自修复及加工回收等优异性能,其类型主要包括酯键交换[4],二硫键交换[5],亚胺键交换[6],以及一些其他键[7]。出于环保考虑,欧美等发达国家已对降解困难的塑料产品发布“限制令”[8],近年来我国高度重视可再生资源的发展与利用,着重推广有利于环保事业发展的绿色低碳材料,并将多种生物基材料纳入了原材料工业规划重点任务。生物基材料包括生物基聚合物,生物基纳米材料,生物基纤维材料及复合材料[9],生物基材料被应用于生物、化工、材料、医疗保健等方面,未来也必将被更加深入应用到人类日常生活中。随着人们保护环境的意识进一步提高,将Vitrimer材料的可回收再加工性与生物基材料的可降解性能相结合,制备的生物基Vitrimer材料已成为当下研究热点。以淀粉、木质素、纤维素、半纤维素、松香、油脂等系列可再生资源为原料制得了高性能、可自修复及回收加工的生物基Vitrimer材料,这既降低了对石化原料的消耗[10],又扩大了生物基资源在涂层[11]、形状记忆材料[12]和3D打印[13-14]等领域的广泛应用。

1 生物基类玻璃高分子材料及其发展史

类玻璃高分子(Vitrimer)的概念是由Montarnal等[15]在2011年首次提出,该团队根据共价可适应网络(CAN)制备了一种独特结构的环氧树脂(图1)。该树脂在温度高于其玻璃化转变温度(Tg)时表现得像玻璃一样“易碎”,故“类玻璃类”一词由此得来。但由于该环氧树脂采用的原料来自石油基材料,因此,在后续处理中很难降解且二次加工时的性能不佳。近年来,关于生物基Vitrimer材料的报道已成为高分子材料领域的研究热点。

图1 羟基-酯网络中酯交换过程(酯键的断裂与连接)[15]Fig.1 Transesterification process in hydroxy-ester network[15]

环氧大豆油(ESO)是一种绿色环保的市售植物油。2013年,Altuna等[16]以ESO为原料合成了生物基Vitrimer材料(ESO-CA),在不添加任何催化剂的条件下,ESO与柠檬酸(CA)可进行酯交换反应,生成生物基环氧Virimer材料。CA在80 ℃时会发生解离产生游离质子,使ESO质子化,会选择性与羧酸根阴离子或水分子发生酯交换反应得到β-羟基酯。实验表明:该材料在不添加任何催化剂的作用下可发生应力松弛及自修复,160 ℃时可进行二次加工。然而,ESO-CA的自修复效率较低,焊接2 h后该材料的强度仅为0.6 MPa,修复后的黏合强度较差,此应用在之后并无进一步拓展。

Liu等[17]在2017年通过采用不同化学计量比的琥珀酸酐(SA)固化剂与丁香酚环氧树脂(Eu-EP)制备了一种高生物基含量的Vitrimer材料EU-EP/SA(图2)。在此基础上,以氧化木质素衍生物和癸二酸基环氧化合物为原料,在锌催化剂催化下又制备了一种全生物基含量的Vitrimer材料,并应用于可回收胶黏剂[18]。尽管该生物基Vitrimer材料可与实际应用相结合,但所得材料的机械性能及热稳定性能还有待进一步提高。

图2 丁香酚基Vitrimer的合成路线[17]Fig.2 Synthetic route of eugenol-derived vitrimer[17]

近年来,关于生物基Vitimer材料的报道已不限于对其单一性能的研究,如何实现该材料的多功能化成为研究热点。Li等[19]以合成的桐油基固化剂与商业环氧化树脂为原料,在催化剂乙酰丙酮锌的条件下制备了一种集高机械性能、热稳定性能及优异的动力学性能于一体的桐油基Vitrimer材料,并用于碳纤维复合材料。该材料具有较高的玻璃化转变温度(Tg为76 ℃)和力学拉伸性能(60 MPa),以及良好的自修复、形状记忆及再加工性能,解决了传统环氧树脂回收困难且脆性差的缺点,并为碳纤维材料的生物降解及回收提供了一种可能。

随着研究的不断深入,如何实现Vitrimer材料功能化并普及到人类的衣、食、住、行中开始成为研究重点。同时,除基于酯交换机制之外,二硫键交换,亚氨键交换反应的动态Vitrimer研究亦越来越多。

2 基于不同共价键制备的生物基Vitrimer

2.1 基于酯交换反应的生物基Vitrimer

酯交换反应是动态共价键研究中最常见、应用最广泛的一类反应,植物油及其衍生物中富含大量酯基、不饱和双键等基团。基于酯交换反应的植物油基Vitrimer材料具有黏度低、脆性大、机械强度低等特性。环氧树脂中通常含有大量酯键,可以与羧基,羟基,氨基发生交换反应,分子间的拓扑网络结构可进行重排,为酯交换的研究提供了一些便利。

Yang等[20]以价格低廉的ESO和松香衍生物富马海松酸(FPA)为原料,利用ESO中大量的环氧基团可与羧基基团发生开环反应的特点,制备了一种全生物基Vitrimer材料ESO-FPA。ESO-FPA可实现三重形状记忆,并在140 ℃时可发生降解以及在180 ℃重新加工成型。这在一定程度上拓展了ESO的商业用途。然而,该材料加工回收后其机械性能较低,拉伸强度仅只有回收之前的30%。

Wu等[21]则以ESO和天然甘草酸(GL)为原料,在无任何外部化学修饰的情况下,以1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)为催化剂,制备了一种全生物基ESO/GL Vitrimer材料。该材料具有良好的热稳定性和机械性能,这可能跟甘草酸独特的刚性结构有关;同时该Vitrimer材料表现出良好的焊接、修复和形状记忆功能。值得一提的是,甘草酸还具有抑菌功能, 通过在ESO/GL存在的情况下培养纤维细胞(NIH-3T3),经过24 h后大多数NIH-3T3仍可存活,这说明ESO/GL在新型抗生素[22]领域具有一定的潜在应用。Yang[20]与Wu等[21]虽都选择了无毒、无害的绿色环保ESO作为合成原料,后者因没有采用催化剂,故酯交换速率虽较前者迟缓,但其Vitrimer材料表现出了良好的抗菌性与生物相容性。

除上述大豆油基Vitrimer外,桐油(TO)作为耐热、耐酸、耐碱、耐腐蚀的生物质典型代表,也被广泛应用于制备Vitrimer材料。Xu等[23]将TO作为原料,经过甲酯化反应,Diels-Alder反应和环氧化反应,合成了桐油基环氧树脂(TOTGE)(图3),并在无催化剂的条件下,将TOTGE与固化剂柠檬酸(CA)进行固化交联得到全生物基Vitrimer(TOTGE-CA)。由于固化剂CA结构中含有大量游离羟基(—OH),在一定温度下可发挥自催化作用,使材料内部的动态酯键与氢键更加活跃,Vitrimer表现出良好的热机械,自修复与形状记忆功能。TOTGE-CA的剪切强度是ESO/GL[21]的3倍,其分子间具有更高的交联密度而可作为黏合剂。

图3 基于酯交换反应的生物基Vitrimer材料桐油基环氧树脂(TOTGTE)的合成[23]Fig.3 Synthesis of tung oil based epoxy-citric acid(TOTGTE) from bio-based Vitrimer material based on transesterification reaction[23]

基于酯交换反应的生物基Vitrimer报道很多,大多数Vitrimer材料具备某个优异性能,但兼备多种优异性能的Vitrimer的报道并不常见,如何开发出一种基于酯交换反应的并具有良好综合性能的Vitrimer材料还需深入研究。

2.2 基于二硫键的生物基Vitrimer

在Vitrimer体系中,二硫键一直是研究的关注重点,由于二硫键交换反应简单可控且反应条件温和,因此被广泛地应用于动态共价化学[24]。将二硫键小分子引入生物基材料中,可使材料具有可回收,自修复及形状记忆等功能。

天然橡胶(NR)有着出色的机械性能,环氧天然橡胶是通过在天然橡胶中引入环氧基制得。Imbernon等[25]设计了一种具有再加工能力的环氧天然橡胶(ENR)。Cheng等[26]采用ENR和一种双官能团(不饱和双键与环氧基团)的聚合物,制备了具有动态二硫键及氢键的双交联自修复ENR。通过将不同结构的芳香族二硫化物(2,2′-二硫代二苯甲酸(DTSA)和4,4′-二硫代二苯胺(DTDA))引入ENR中,制备3种Vitrimer(S-DTSA,S/DTDA和S/DTSA-DTDA)。研究表明,由于二硫键交换网络的存在,这3种Vitrimer都具有一定的自修复功能,但由于交联密度不足,S-DTSA的拉伸强度仅为4.6 MPa,S/DTDA的拉伸强度虽能达到10.8 MPa,但自修复率仅为64%,这说明高的交联密度在一定程度上限制了分子链的自由运动,阻碍了二硫键的交换反应。但是,S/DTSA-DTDA兼具着前两种Vitrimer体系的优点,不仅有着9.3 MPa的高拉伸强度且修复率也可高达98%。该研究为制备兼顾高拉伸强度与高修复性能Vitrimer提供了一种可行思路,通过构建双硫键交换网络,有望将自修复橡胶材料工业化。

Ma等[27]利用了一种自制的异山梨醇基(IS)环氧树脂与含二硫键的芳香族二胺(EPO)反应制备了生物基Vitrimer树脂IS-EPO(图4),并对比了两种固化剂(4,4-亚甲基二苯胺(MDA)与4,4-二硫基二苯胺(MDS))与IS-EPO的固化效果。结果表明:所得环氧树脂都表现出了良好的热稳定性,由于二硫键相对于碳碳键表现的更加不稳定,所以MDS-EPO的初始分解温度低于MDA-EPO的分解温度。此外,MDS-EPO可以快速松弛而MDA-EPO无法松弛下来,这说明松弛只限于二硫键的交换反应,并且二硫键的交换速率随着弛豫率的升高和温度的升高而增加。MDS-EPO虽拥有着良好形状记忆与回收加工功能,但由于二硫键的存在,其稳定性并不能与传统的碳碳键结构相媲美,因此,寻找提高二硫键结构稳定性的方法将变得尤为重要。

图4 基于二硫键的生物基Vitrimer材料异山梨醇基环氧树脂-芳香族二胺(IS-EPO)的合成[27]Fig.4 Bio-based Vitrimer material based on disulfide bond synthesis of isosorbide based epoxy resin-aromatic diamine(IS-EPO)[27]

对植物油基环氧树脂的改性一直是Vitrimer材料研究的热点。Liu等[28]采用4-4’-二硫代二苯胺(APD)作为固化剂对ESO进行无催化剂固化,得到环氧大豆油Vitrimer(ESOV),实验中探讨了固化温度及固化时长对交联密度的影响。根据凝胶含量的变化最终选择180 ℃作为反应温度,ESOV随着固化时长的增加表现出更高的交联密度,但是,过长时间的固化会导致ESOV的表面被氧化,颜色逐渐变深,这并不利于后期树脂的测试与保存。ESOV的焊接性能也十分优异,焊接样品与原样品的拉伸强度几乎相当。由此可见,基于双硫键的ESO衍生Vitrimer由于其优异性能在生物基智能材料方面具有巨大潜力。

基于动态双硫键的交联网络虽易于发生交换反应,但仍存在一些不足,相对于酯键来说,二硫键固化时间要更长且二硫化物往往具有一定刺激性气味,二硫化合物的市售价格也比一般化合物昂贵。

2.3 基于席夫碱的生物基Vitrimer

亚氨键(席夫碱结构)是继酯键、二硫键之外的第三种动态键,亚氨基团因其结构的动态多样性,在空间网络中的交换通常要比酯键与二硫键更加快速,已有大量关于亚胺聚合物在无催化剂条件下的可回收降解聚合物的报道。

中科院宁波材料所利用木质素衍生物香草醛合成了一种新型三醛基单体(TFMP),并将这种席夫碱单体与3种不同的二胺(MDA、六亚甲基二胺(HMD)和4,4-二氨基二环己基甲烷(PACM))固化交联得到3种不同的生物基席夫碱Vitrimer(TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H)。所得3种Vitrimer都表现出了优异的机械强度,其中TFMP-M的拉伸强度(69 MPa)要优于TFMP-P(54 MPa)与TFMP-H(35 MPa),说明TFMP-M具有更稳固的刚性结构,这可能是因为MDA与TFMP能形成更加稳定的交联强度,并且这3种Vitrimer材料都具备了优异的阻燃性能,其极限氧指数都至少达到29%,在燃烧实验中TFMP-M因其内部具有苯环结构表现出了UL-94 V-0的超高耐火性能[29]。

Geng等[30]制备了另一种含有香草醛骨架的生物基Vitrimer(图5)。在亚胺键的快速交联过程中,考虑反应的可逆平衡及产物的稳定性,研究都是采用具有苯环的芳香胺来构建动态网络结构。该研究将合成的香草醛基单体与脂肪族胺交联形成动态亚胺网络,亚氨键的引入赋予了Vitrimer自修复、回收再加工及酸水解等性能。该工作的特色之一是席夫碱材料在经过3次热加工循环后,其拉伸强度和断裂伸长率仍几乎保持不变,这为今后设计多次回收再加工和可自愈的新型类玻璃材料提供了思路。

图5 基于席夫碱的生物基Vitrimer材料的合成路线[30]Fig.5 Synthesis route of biobased Vitrimer material based on Schiff base[30]

Dhers等[31]合成了一种全生物基聚亚胺Vitrimer,以生物基呋喃二醛为原料和脂肪酸二胺或三胺进行反应制备Vitrimer,通过应力松弛和蠕变测试证明了聚亚胺结构的存在。Vitrimer在室温附近可快速松弛,证明了亚氨键可快速交换,这也是基于席夫碱的全生物基Vitrimer的首次报道。

亚氨键是众多化学键中活性较强且交换速率快的一种常见共价键,同时因其合成工艺便捷,原料来源丰富及抗菌防腐的优势深受科研工作者的喜爱,但亚胺结构的稳定性较差,在合成过程中易发生副反应,故基于亚氨键合成的Vitrimer材料在性能上可能有一定损失。

2.4 基于其他交换键的生物基Vitrimer

随着对Vitrimer体系的深入研究,基于其他可交换共价键的Vitrimer也相继被发现。

Ying等[32]报道了一种基于位阻脲键(HUB)的可再加工聚氨酯弹性体,与其他动态共价键相比,HUB的结构简单,可在温和、无催化剂的条件下产生动态结构。Zhang等[33]通过蓖麻油与N,N-二甲基苯胺之间的两步反应,制备了一系列基于阻脲键和氢键的生物基Vitrimer(HUBS)。在温度较低时,HUBS的松弛时间较长,这可能是因为低温的冻结结构抑制了阻脲键的动态交换,当温度升高至100 ℃时,HUBS因形变引起的内应力增大可快速松弛。此外,由于HUBS中含大量的位阻脲键与柔性脂肪酸链,材料表现出优异的双重记忆特性。

为解决制备HUBS过程中需采用有毒的异氰酸酯以及解离出来的酰胺键(NCO)易水解等问题,张金帅[34]又研究了一种基于邻位催化和位阻酰胺键的桐油基Vitrimer,因酰胺-羧酸盐键(TBCB)受邻位羧酸盐和叔丁基位阻的共同作用,在温和无催化条件下即可快速的解离或交换,从而赋予材料自修复、回收再加工的性质[35]。TBCB和HUB的动态交换虽能实现热修复和物理回收,但都不可光回收和光修复,这就大大限制了光敏性Vitrimer某些性能的发挥。

除上述3种常见的动态交换键外,更有不计其数的可逆反应已被发现或正在研究中,利用动态共价键设计出来的Vitrimer高分子聚合物数不胜数,人们对动态共价键的研究达到了一个新的辉煌时期。

3 生物基Vitrimer材料的应用

生物基Vitrimer材料因具有可焊接、可塑性、可回收、可降解、可形状记忆及可自我修复的优点已被大量报道。棕榈油[35]、蓖麻油[36]、桐油[37]等可再生植物油制备的Vitrimer材料可被广泛应用到纺织服装业与食品加工业;香兰素[38]、松香[39]等生物质资源制得的Vitrimer产品在生物医疗3D打印技术、碳纤维复合材料和弹性玻璃体改性上也均有较多应用。

3.1 三维打印材料

三维(3D)打印(即增材制造)是一种先进的制造技术,其可以根据计算机上的数字3D模型生成具有复杂层结构的物体[40]。动态共价键赋予了3D打印材料新的特性,弥补了传统3D打印刚性不强、资源浪费和功能单一的不足。Durand-Silva等[41]探讨了一种具有丙烯酸酯结构的呋喃-马来酰亚胺 Diels-Alder(fmDA)光敏性树脂的性能。采用生物基丙烯酸与低聚物自由聚合,加入引发剂配制了具有动态共价键的树脂,并使用立体光刻外观(SLA)打印技术对树脂进行打印,结果表明该树脂无需后续加工操作即可轻松3D打印。

伴随着3D打印技术的革新和更替,数字光处理(DLP)3D打印要比立体光刻外观(SLA)3D打印在精度和速度上更具优势。Choi等[42]介绍了一种基于DLP的新型3D打印树脂,采用α-硫辛酸酯化引入线性聚乙二醇(PEG),以苯基二氧化磷(即2,4,6-三甲基苯甲酰基,BAPO)作为光引发剂与乙二醇-二丙烯酸酯(PEG-DiAC)聚合得到生物基打印树脂(PEG-LA),PEG-LA树脂中加入了二硫动态键,这些二硫动态键在高温或紫外光条件下可发生断裂重排,有利于后续的3D打印。该研究扩大了DLP的打印性能范围,并为光敏制造材料提供了一条可行思路。

3.2 碳纤维复合材料

碳纤维复合材料被广泛应用于轻型和高性能材料的应用中。这类材料具有重量轻、强度高但价格昂贵且难以回收的特点。为解决这些问题,研究人员结合动态共价键与生物基资源制备了碳纤维复合材料,不仅可以降低成本,且能提高材料性能。

Liu等[43]利用ESO,香草醛和4-氨基苯酚作为原料合成了两种基于席夫碱的生物基环氧Vitrimer(ESO-VA和ESO-DHM),这2种Vitrimer材料均表现出了良好的机械性能、热稳定性及回收加工性能。将ESO-VA、ESO-DHM分别掺入碳纤维织物(CF)制备了ESO-VA-CF和ESO-DHM-CF两种碳纤维复合增强材料,其中ESO-VA-CF的抗拉强度(145.4 MPa±17.1 MPa)与杨氏模量(1.18 GPa±0.14 GPa)相较于ESO-VA得到了巨大的提升,抗拉强度是原来的18.8倍,杨氏模量更是提高到了原来的28.5倍,这是由ESO-VA网络中含有大量的刚性结构所致。此外,由于复合材料中含有大量席夫碱结构, Vitrimer材料不仅可以发生亚氨键的交换反应,在酸性条件下还可以发生亚胺键的水解反应。该研究为复合材料的回收再利用提供了一种新思路。

传统环氧树脂因其独特的三维空间结构,用环氧树脂掺入的碳纤维材料很难进行降解和回收,故制备可降解回收的环氧碳纤维复合材料成为研究热点。Liu等[44]报道了一种基于亚氨键的可降解生物基Vitrimer。以生物基资源香草醛,1,6-乙二胺和间苯二甲胺为原料合成了2种基于亚氨键的固化剂(Van-H-OH和Van-M-OH),分别与环氧树脂双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)固化得到两种生物基Vitrimer材料(VHP和VMP),并制备了CF/VHP和CF/VMP高强度复合材料。结果表明:CF/VMP和CF/VHP都表现出优异的拉伸强度(622和584 MPa)、杨氏模量(19.3和19.4 GPa)和较小的断裂伸长率(4.01%和4.06%)。在弱酸性条件下,由于亚氨键的存在使两种纤维材料具备一定的降解能力。此外,材料在受到外力时,Vitrimer基体与碳纤维材料间具有良好的湿润性,材料在受到压力时可迅速扩散转移,这有利于延长材料的使用寿命。

碳纤维复合材料正随着科技的进步逐渐多元化和产业化,将生物基资源和Vitrimer独特优势结合,在碳纤维材料未来发展研究中将具有巨大意义。

3.3 弹性体材料

传统意义上的橡胶是一种热固性弹性体,在受外力时弹性体会发生明显形变,去除外力时弹性体又可快速回弹[45]。弹性体材料在工业生产、医疗应用及消耗品产业有着广泛应用[46]。使用生物基为原料制备弹性体有利于环境的保护及后续垃圾的处理。

Salaeh等[47]以二聚脂肪酸(DFA)作为交联剂与环氧天然橡胶(ENR50)进行开环反应生成β-羟基酯键,并研究了不同含量的DFA对生物基弹性体Vitrimer的影响。研究结果表明:与DFA交联的ENR50具有相对较低的拉伸强度(仅0.85 MPa),但断裂伸长率可超过1 000%,这表明交联后的弹性体具有良好的延展性。随着DFA中—COOH含量的增加,弹性体的断链伸长率逐渐降低,原因可能是高交联密度的ENR50分子活动受限。用DFA交联的ENR50生物基弹性体因在高温下可以发生酯交换反应,弹性体具有可焊接及修复等多种功能,这对开发新型可再生Vitrimer弹性体具有重要意义。

除了利用DFA来改性弹性体树脂外,Liu等[48]等提出了一种由三重动态共价键(硼氧烷,二硫键,亚氨键)组成的交联剂(FDP)来改性环氧天然橡胶弹性体(ENR)的方法。同时还制备了两种无二硫键(FWD)与无亚氨键(FWI)的交联剂,研究发现:3种交联剂对ENR都具有良好的混溶性,在ENR中并无分相的迹象,但FDP因具有独特的网络结构相较于其他两种交联剂有着更加优异的表现。一般情况下,二硫键与亚氨键的协同作用可更好地让交联网络在65 ℃左右下重排[49],而硼氧烷由于键能较低可发生可逆交换[50]。实验表明:FDP交联剂的引入使橡胶弹性体具有足够的三重共价键与交联密度,当网络中缺失二硫键时,改性ENR弹性体的自愈效果显著降低(由97%下降至72%),当缺失亚氨键时,弹性体修复效果也下降到88%。随着温度的升高与时间的推移,3种可逆共价键的协同作用使FDP改性的ENR材料修复效果越来越好,这也为其他材料的改性提供了一种策略。

4 总结与展望

生物基Vitrimer材料内部富含活泼的动态共价键,故受到众多科研工作者的青睐与追捧。这些化学键在受到外界刺激时快速交换,改变其拓扑结构,从而赋予了材料良好的动态性能。另一方面,采用绿色环保的生物基原料代替石油基资源,大大降低了资源的浪费与环境的污染。文章对生物基Vitrimer材料的发展制备及应用进行综述。由综述可知,通过对生物基Vitrimer材料性能的深入研究、应用领域的拓展、高性能与多功能性的平衡问题的解决以及与其他材料的复合应用的探索,这类材料将为我们的衣食住行提供更广泛的便利和服务,促进社会的可持续发展。尽管如此,目前生物基Vitrimer仍存在较多问题尚未解决:Vitrimer材料的某些特定的性能要求可能会牺牲其他功能,因此需要进行权衡和平衡;某些生物基原料的价格较高,限制了Vitrimer材料在商业上的发展。大部分生物基Vitrimer研究的重点还停留在材料性能与回收加工上,对于材料的具体应用及功能化方面还有较大的提升空间,仍处探索阶段。未来的研究可以进一步深化对生物基Vitrimer材料性能的理解,探索新的应用领域,并寻求解决其制备过程中的挑战,从而进一步提升其实用性和经济可行性。同时关注原料的可持续性和环境友好性,以确保生物基Vitrimer材料的生产与应用符合可持续发展的原则。