植物油是一種廉價(jià)易得的可再生資源。根據其來(lái)源，分子結構含有羥基、雙鍵和酯基等活性官能團，廣泛應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)氧化反應制備（ESO）,ESO熱固性環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂具有鏈柔性大、交聯(lián)密度高、無(wú)結晶等結構特點(diǎn)，其機械強度極低，韌性差，僅在涂料、粘合劑等少數領(lǐng)域，難以應用于復合材料基體等結構材料領(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(shù)脂韌性差、機械強度低、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(shù)脂、高性能、熱塑性混合物。即使熱固性樹(shù)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(yōu)異的力學(xué)強度。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(cháng)率均為<20%)，兩者共混物韌性高，斷裂生產(chǎn)率高達150%。本研究成果發(fā)表在A(yíng)CS 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(shù)脂數碼照片基于結晶增強

針對熱固性環(huán)氧大豆油樹(shù)脂交聯(lián)密度高、連接靈活性低、機械強度低、韌性差、耐熱性不足等問(wèn)題，研究小組提出使用長(cháng)鏈結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(shù)脂。一方面，引入長(cháng)鏈結晶固化劑可以降低熱固性環(huán)氧大豆油樹(shù)脂的交聯(lián)密度，賦予材料高韌性；另一方面，通過(guò)長(cháng)鏈固化劑的結晶，形成高熔點(diǎn)的剛性結晶區，不僅可以提高材料的力學(xué)強度和模量，還可以提高材料的耐熱性。為了不降低環(huán)氧大豆油樹(shù)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)氧大豆油反應固化，成功制備了結晶高性能熱固性環(huán)氧大豆油樹(shù)脂。與小分子二元酸直接固化的環(huán)氧大豆油樹(shù)脂相比，其斷裂伸長(cháng)率和拉伸強度增加了數倍至十倍以上。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(shù)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(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(shù)脂，拉伸強度可達20MPa此外，斷裂伸長(cháng)率可達300%，具有優(yōu)異的耐久性、耐熱性和熱穩定性。這項研究結果較近剛剛被這項研究結果所取得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)研究成果已申請國家發(fā)明專(zhuān)利。