中科院寧波材料所劉小青課題組JPS綜述：生物基熱固性樹脂研究進展
原油與石化資源的枯竭，使聚合物產業綠色化愈發重要。當今，生物基化學品及其平臺化合物是合成各種可再生聚合物的重要原料。熱固性樹脂作為一種高綜合性能且應用廣泛的材料，其合成嚴重依賴石化資源。而近年來研發的生物基熱固性樹脂具有良好的熱性能和機械性能，可與傳統數值相媲美。因此，總結生物基化學品的平臺化策略、建立原料和樹脂性能的構效關系并探索各類功能化應用對于生物基熱固性樹脂的發展、推廣和實際應用具有十分重要的意義。
中科院寧波材料所劉小青團隊長期在生物基熱固性樹脂的設計、合成及功能化方面進行探索，并研發了多種高力學性能、高熱性能、阻燃、多功能的生物基環氧樹脂及苯并噁嗪樹脂（Macromolecules, 2018, 4782; ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 7589; ChemSusChem, 2018, 11, 317; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 8715; Compos. Part B-Eng., 2019, 179, 107523; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 8715; Compos. Part B-Eng., 2020, 190: 107926; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 16842; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020,8,8471; Polymer, 2021, 226, 123789; Prog. Polym. Sci., 2021, 113, 101353）。
近日，劉小青團隊在Journal of Polymer Science上發表綜述“Recent development on bio-based thermosetting resins”，系統地總結了近幾年來兩種代表性的生物基熱固性樹脂（環氧樹脂和苯并噁嗪樹脂）從性能化到功能化的研究進展。
這篇綜述首先介紹了環氧樹脂的常用合成方法，環氧固化劑的特征以及可能的生物基前驅體，并以此通過生物基原材料設計環氧樹脂體系。隨后，對高性能的生物基環氧樹脂的合成策略進行總結，重點列舉了將生物基原料進行偶聯、縮合、及官能團轉化以達到超越石油基對應物性能的成功實例。隨著近幾年生物基環氧樹脂的發展，借助生物基化合物的本征性質，一些樹脂還被應用于防腐、抗菌等領域，并簡單概括了其設計思路與實際應用的聯系。
圖1：部分生物基環氧樹脂的合成策略
苯并噁嗪樹脂是一種由Mannich縮合反應得到的新型酚醛樹脂。由于該反應需要酚類、胺類和醛類來引發，因此，自然界中含有這些基團的化學品都是潛在的原料。為了得到高性能的生物基苯并噁嗪樹脂，修飾單體結構及改善聚合物內在的氫鍵體系至關重要。目前，部分研究已經很好地解決苯并噁嗪樹脂脆性、高固化溫度和低加工性的缺點。引入含氫鍵供受體的結構或填料也成功地用于調整聚合物的氫鍵作用。此外，功能化的苯并噁嗪材料也成功地應用于油水分離及儲能器件。
圖2：部分生物基苯并噁嗪樹脂的合成及單體結構
最后，作者討論了下一代生物基熱固性樹脂的要求。由于現有的一些生物基材料的合成和使用仍然存在著諸多缺點，比如石化品使用、耐久性低、毒性和不可回收性等。因此，生物基熱固性樹脂應在整個合成和使用過程中貫串綠色化學原理，追求更高效、低毒、可持續的合成方法，確保高性能或多功能性的同時提高使用壽命。
論文信息：
Recent development on bio-based thermosetting resins Jingkai Liu, Liyue Zhang, Wuliuyi Shun, Jinyue Dai, Yunyan Peng, Xiaoqing Liu* Journal of Polymer Science，DOI：10.1002/pol.20210328
https://doi.org/10.1002/pol.20210328
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