西南大學(xué)曾建兵教授課題組在熱固性環(huán)氧大豆油樹脂高性能化方面取得了系列研究進(jìn)展

植物油是一種廉價(jià)易得的可再生資源。根據(jù)其來源，分子結(jié)構(gòu)包括羥基、雙鍵、酯基等活性官能團(tuán)，廣泛應(yīng)用于生物基聚合物材料的制備。作為產(chǎn)量較大的植物油，大豆油更受歡迎。氧化反應(yīng)制備環(huán)氧大豆油（ESO）,ESO熱固性環(huán)氧樹脂不僅可用作聚氯乙烯等環(huán)保增塑劑，還可用于陽離子聚合或多元酸固化。但遺憾的是，由于熱固性環(huán)氧樹脂具有鏈柔性大、交聯(lián)密度高、無結(jié)晶等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其機(jī)械強(qiáng)度極低，韌性差，僅在涂料、粘合劑等少數(shù)領(lǐng)域，難以應(yīng)用于復(fù)合材料基體等結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。

▲ 圖1.聚乳酸、環(huán)氧大豆油和貴二酸動(dòng)態(tài)硫化示意圖

鑒于二元酸固化環(huán)氧樹脂韌性差、機(jī)械強(qiáng)度低、不熱塑性加工等性能缺陷，西南大學(xué)教授研究小組成功制備了全生物基聚乳酸、二酸固化環(huán)氧樹脂、高性能、熱塑性混合物。即使熱固性樹脂含量高達(dá)80%wt%，仍可熱塑加工，高強(qiáng)度聚乳酸基體作為連續(xù)相，賦予共混物優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度。更有趣的是，雖然熱固性環(huán)氧大豆油和聚乳酸是脆性材料(斷裂伸長率均為<20%)，兩者共混物韌性高，斷裂生產(chǎn)率高達(dá)150%。本研究成果發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2017, 5, 1938?1947年，第一作者是研究組碩士生趙桐輝。

▲ 圖2. 熱固性環(huán)氧大豆油樹脂數(shù)碼照片基于結(jié)晶增強(qiáng)

研究小組提出使用長鏈結(jié)晶聚合物固化劑制備高性能熱固性環(huán)氧樹脂，針對(duì)交聯(lián)密度高、連接靈活性低、機(jī)械強(qiáng)度低、韌性差、耐熱性差等問題。一方面，引入長鏈結(jié)晶固化劑可以降低熱固性環(huán)氧大豆油樹脂的交聯(lián)密度，使材料具有高韌性；另一方面，形成高熔點(diǎn)的剛性結(jié)晶區(qū)不僅可以提高材料的力學(xué)強(qiáng)度和模量，還可以提高材料的耐熱性。為了不降低環(huán)氧大豆油樹脂的生物質(zhì)含量，研究小組的研究人員首先制備了不同分子量的端羧基聚丁二醇酯聚合物，與環(huán)氧大豆油反應(yīng)固化，成功制備了高性能熱固性環(huán)氧大豆油樹脂。與小分子二元酸直接固化的環(huán)氧大豆油樹脂相比，其斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度增加了數(shù)倍至十倍以上。本研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal(2017, 5, 1938?1947年，第一作者是課題組碩士生簡新懿。

▲ 圖3.聚酰胺1010聚合物固化熱固性環(huán)氧樹脂

在此基礎(chǔ)上，研究小組制備了端羧基生物基聚酰胺聚合物，與環(huán)氧大豆油固化，獲得全植物油基高性能熱固性環(huán)氧樹脂，拉伸強(qiáng)度可達(dá)20MPa此外，斷裂伸長率可達(dá)300%，具有優(yōu)異的耐久性、耐熱性和熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果較近剛剛獲得Macromolecules第一作者是研究小組碩士生簡新懿，相關(guān)研究成果已申請(qǐng)國家發(fā)明專利。

上述研究獲得了國家自然科學(xué)基金、重慶基礎(chǔ)科學(xué)與*技術(shù)研究項(xiàng)目和*高校基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

參考文獻(xiàn)：

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