西南大學曾建兵教授課題組在熱固性環氧大豆油樹脂高性能化方面取得了系列研究進展

植物油是一種廉價易得的可再生資源。根據其來源，分子結構包括羥基、雙鍵、酯基等活性官能團，廣泛應用于生物基聚合物材料的制備。作為產量較大的植物油，大豆油更受歡迎。氧化反應制備環氧大豆油（ESO）,ESO熱固性環氧樹脂不僅可用作聚氯乙烯等環保增塑劑，還可用于陽離子聚合或多元酸固化。但遺憾的是，由于熱固性環氧樹脂具有鏈柔性大、交聯密度高、無結晶等結構特點，其機械強度極低，韌性差，僅在涂料、粘合劑等少數領域，難以應用于復合材料基體等結構材料領域。

▲ 圖1.聚乳酸、環氧大豆油和貴二酸動態硫化示意圖

鑒于二元酸固化環氧樹脂韌性差、機械強度低、不熱塑性加工等性能缺陷，西南大學教授研究小組成功制備了全生物基聚乳酸、二酸固化環氧樹脂、高性能、熱塑性混合物。即使熱固性樹脂含量高達80%wt%，仍可熱塑加工，高強度聚乳酸基體作為連續相，賦予共混物優異的力學強度。更有趣的是，雖然熱固性環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，斷裂生產率高達150%。本研究成果發表在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. 熱固性環氧大豆油樹脂數碼照片基于結晶增強

研究小組提出使用長鏈結晶聚合物固化劑制備高性能熱固性環氧樹脂，針對交聯密度高、連接靈活性低、機械強度低、韌性差、耐熱性差等問題。一方面，引入長鏈結晶固化劑可以降低熱固性環氧大豆油樹脂的交聯密度，使材料具有高韌性；另一方面，形成高熔點的剛性結晶區不僅可以提高材料的力學強度和模量，還可以提高材料的耐熱性。為了不降低環氧大豆油樹脂的生物質含量，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，與環氧大豆油反應固化，成功制備了高性能熱固性環氧大豆油樹脂。與小分子二元酸直接固化的環氧大豆油樹脂相比，其斷裂伸長率和拉伸強度增加了數倍至十倍以上。本研究成果發表在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氧樹脂

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

上述研究獲得了國家自然科學基金、重慶基礎科學與*技術研究項目和*高?；A科研業務費的資助。

參考文獻：

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