西南大学曾建兵教授课题组在热固性环氧大豆油树脂高性能化方面取得了系列研究进展

植物油是一种廉价易得的可再生资源。根据其来源，分子结构含有羟基、双键和酯基等活性官能团，广泛应用于生物基聚合物材料的制备。大豆油作为一种产量较大的植物油，更受欢迎。环氧大豆油经氧化反应制备（ESO）,ESO热固性环氧树脂不仅可用作聚氯乙烯等环保增塑剂，还可用于阳离子聚合或多元酸固化。但遗憾的是，由于这种热固性环氧树脂具有链柔性大、交联密度高、无结晶等结构特点，其机械强度极低，韧性差，仅在涂料、粘合剂等少数领域，难以应用于复合材料基体等结构材料领域。

▲ 图1.聚乳酸、环氧大豆油和贵二酸动态硫化示意图

鉴于二元酸固化环氧大豆油树脂韧性差、机械强度低、不热塑性加工等性能缺陷，西南大学教授研究小组利用动态硫化技术，生物基聚乳酸与环氧大豆油、二酸催化剂反应混合，成功制备了全生物基聚乳酸、二酸固化环氧大豆油树脂、高性能、热塑性混合物。即使热固性树脂含量高达80%wt%，仍可热塑加工，高强度聚乳酸基体作为连续相，赋予共混物优异的力学强度。更有趣的是，虽然热固性环氧大豆油和聚乳酸是脆性材料(断裂伸长率均为<20%)，两者共混物韧性高，断裂生产率高达150%。本研究成果发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2017, 5, 1938−1947年，第一作者是研究组硕士生赵桐辉。

▲ 图2. 热固性环氧大豆油树脂数码照片基于结晶增强

针对热固性环氧大豆油树脂交联密度高、连接灵活性低、机械强度低、韧性差、耐热性不足等问题，研究小组提出使用长链结晶聚合物固化剂交联环氧大豆油，制备高性能热固性环氧大豆油树脂。一方面，引入长链结晶固化剂可以降低热固性环氧大豆油树脂的交联密度，赋予材料高韧性；另一方面，通过长链固化剂的结晶，形成高熔点的刚性结晶区，不仅可以提高材料的力学强度和模量，还可以提高材料的耐热性。为了不降低环氧大豆油树脂的生物质含量，研究小组研究人员首先以丁二酸和丁二醇为原料，制备了不同分子量的端羧基聚丁二醇酯聚合物，与环氧大豆油反应固化，成功制备了结晶高性能热固性环氧大豆油树脂。与小分子二元酸直接固化的环氧大豆油树脂相比，其断裂伸长率和拉伸强度增加了数倍至十倍以上。本研究成果发表在Chemical Engineering Journal(2017, 5, 1938−1947年，第一作者是课题组硕士生简新懿。

▲ 图3.聚酰胺1010聚合物固化热固性环氧树脂

在此基础上，研究小组制备了端羧基生物基聚酰胺聚合物，与环氧大豆油固化，获得了全植物油基高性能热固性环氧树脂，拉伸强度可达20MPa此外，断裂伸长率可达300%，具有优异的耐久性、耐热性和热稳定性。这项研究结果较近刚刚被这项研究结果所取得Macromolecules杂志接收发表，第一作者为研究小组硕士生简新懿，相关研究成果已申请国家发明专利。