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)含有羥基、雙鍵和酯基等活性官能團(tuán)，廣泛應(yīng)用于生物基聚合物材料的制備。大豆油作為一種產(chǎn)量較大的植物油，更受歡迎。環(huán)氧大豆油經(jīng)氧化反應(yīng)制備（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(yáng)離子聚合或多元酸固化。但遺憾的是，由于這種熱固性環(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)氧大豆油樹脂韌性差、機(jī)械強(qiáng)度低、不熱塑性加工等性能缺陷，西南大學(xué)教授研究小組利用動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)，生物基聚乳酸與環(huán)氧大豆油、二酸催化劑反應(yīng)混合，成功制備了全生物基聚乳酸、二酸固化環(huán)氧大豆油樹脂、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(zhǎng)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)

針對(duì)熱固性環(huán)氧大豆油樹脂交聯(lián)密度高、連接靈活性低、機(jī)械強(qiáng)度低、韌性差、耐熱性不足等問題，研究小組提出使用長(zhǎng)鏈結(jié)晶聚合物固化劑交聯(lián)環(huán)氧大豆油，制備高性能熱固性環(huán)氧大豆油樹脂。一方面，引入長(zhǎng)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，賦予材料高韌性；另一方面，通過長(zhǎng)鏈固化劑的結(jié)晶，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，研究小組研究人員首先以丁二酸和丁二醇為原料，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，成功制備了結(jié)晶高性能熱固性環(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(zhǎng)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(jiǎn)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，獲得了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(zhǎng)率可達(dá)300%，具有優(yōu)異的耐久性、耐熱性和熱穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究結(jié)果較近剛剛被這項(xiàng)研究結(jié)果所取得Macromolecules雜志接收發(fā)表，第一作者為研究小組碩士生簡(jiǎn)新懿，相關(guān)研究成果已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。