30位科学家,2天论坛分享前沿技术
来源:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
赋予环氧树脂在温和条件下的可控降解与高附加值回收利用,是实现其可持续发展的重要手段。本工作以生物基香草醛为原料设计合成了含有螺环缩醛结构的β-羟丙基胺类环氧树脂固化剂(NVP),以生物基樟脑酸为原料合成了生物基缩水甘油酯类环氧树脂DGECA,通过两者的固化反应形成了一种螺环缩醛结构有序分布在侧链的环氧树脂交联网络。
通过降解动力学和实时核磁共振氢谱(1H-NMR)研究了环氧树脂在50℃、0.1mol/LH+溶液中的降解行为,结果表明,螺环缩醛的引入可以使交联网络在温和条件下解聚,并促进酯键的水解过程。
利用2种可降解键的降解速率差异,用水萃取不同阶段的降解产物分别回收原料单体(季戊四醇收率大于85.5%,樟脑酸大于58.9%),实现了环氧树脂的可控分级降解和原料回收。此外,固化反应原位形成的β-氨基醇结构赋予了树脂优异的抗菌性能(抑菌率大于95%)。
上述研究结果将有助于更多的具有可控分级降解与抗菌功能树脂的开发。
关键词:环氧树脂,二缩水甘油酯,可控降解,化学回收,抗菌
环氧树脂因其优异加工性、耐腐蚀性、耐化学性和良好的机械性能而被广泛用于航空航天、电子、涂料和黏合剂等领域。传统的环氧树脂不仅会消耗大量的石化资源,而且使用之后不可降解,带来严重的环境污染问题。随着生物基高分子材料的快速发展,以可再生的动植物资源为原料制备的环氧树脂,受到越来越多的重视。
近年来,基于生物质的有机二元酸类化合物已经具备一定的产业规模,部分产品实现了工业化生产。这些生物质酸,如衣康酸、呋喃二甲酸、没食子酸、阿魏酸、樟脑酸等,不仅可以用于制备药物,还可以作为化学工业品用于合成新型环氧树脂。作者所在团队已报道了基于生物质酸(例如衣康酸、呋喃二甲酸、樟脑酸)的二缩水甘油酯,制备出的环氧树脂表现出优异的综合性能,可以用于共混改性或替代现有的商用双酚A环氧,从而减少环氧树脂对石油资源的依赖,促进环氧树脂行业的可持续发展。
但是,现有的生物基二缩水甘油酯固化得到的环氧树脂并没有改变热固性树脂难以降解的特性,废弃物的处理仍然值得