山梨酸改性大豆油：一种有前景的生物基分子平台，用于制备可持续的热固性树脂

《ChemSusChem》：Sorbic Acid-Modified Soybean Oil: A Promising Biobased Molecular Platform for Sustainable Thermosetting Resins

本研究首次提出使用沙棘酸（SA）替代丙烯酸（AA）合成全生物基分子平台SESO（沙棘酸修饰环氧大豆油），并通过热固化制备热固性树脂。通过FT-IR、NMR、TGA等分析表明，SA具有低挥发性、无毒性和高生物基特性，SESO的环氧基团开环率达82.2%，且C=C含量高于AA修饰的AESO。添加Myrcene、Styrene和Pentaerythritol Tetraacrylate等单体后，树脂的玻璃化转变温度（17-61°C）和弹性模量（6-1160 MPa）可调，且生物基含量达74%-100%，优于AESO基树脂。SESO固化6小时完全交联，机械和热性能与AESO相当或更优，为绿色热固性树脂开发提供新途径。

　　在当今社会，随着对环境保护和可持续发展的关注不断加深，人们对于传统石油基材料的依赖正逐渐减少，而寻求更加环保、可再生的替代材料成为研究的热点。本文探讨了一种基于生物基原料的新型热固性树脂分子平台——通过使用山梨酸（SA）和环氧大豆油（ESO）合成的“山梨酸化环氧大豆油”（SESO）。这一研究不仅旨在解决传统热固性树脂在生产过程中可能遇到的挥发性有机化合物（VOC）排放和有毒物质处理的问题，还致力于开发一种更加环保的材料合成路径，以减少对化石资源的依赖。

SA作为一种天然来源的有机酸，因其在食品工业中的广泛应用而广为人知，具有良好的抑菌效果。其来源于非食用山楂果实，这使得它成为一种具有可持续性的替代原料。然而，SA在化学结构上具有两个共轭的碳-碳双键，这些双键在热固性树脂的合成中发挥重要作用。通过与ESO的化学反应，可以实现SA对ESO环氧基团的开环，从而形成一种新的分子结构。这种反应在常温下进行，通过溶剂和催化剂的辅助，能够有效控制反应过程并提高产物的纯度和质量。

研究中采用的实验方法包括热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR）以及凝胶渗透色谱（GPC）等多种手段，全面评估了SESO及其衍生树脂的结构特性与性能。结果显示，SA在30°C时表现出极低的挥发性，且在90°C时也远低于醋酸（AA）的挥发性，这表明SA在热固性树脂的生产过程中具有更低的VOC排放风险。这一特性使得SA成为AA的潜在替代品，特别是在关注健康与环境安全的应用场景中。

SESO的合成过程涉及将SA与ESO在特定条件下进行反应，通过加入氢醌作为抗氧化剂和三苯基膦作为碱，以确保反应过程中SA的双键不会被破坏。反应后，SESO经过洗涤、干燥和真空脱气等步骤，最终获得一种深黄色粘稠液体。通过不同比例的SA与ESO反应，研究人员制备了SESO_2.5和SESO_5两种形式，其中SESO_5因其更高的反应活性被选用于后续的树脂合成。

在树脂的制备过程中，SESO_5在热引发剂的作用下，能够在6小时内完成固化，这一速度优于传统的AESO树脂。同时，SESO表现出良好的共聚能力，能够与多种反应性单体如苯乙烯（STY）、异戊烯（MY）和季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）结合，形成具有相似机械性能和热性能的树脂。这些树脂的机械性能，如杨氏模量，范围在6到1160 MPa之间，而玻璃化转变温度则在17到61°C之间，显示出其广泛的适用性。此外，SESO基树脂的生物基含量明显高于AESO基树脂，这一特性使其在环保方面更具优势。

在热稳定性方面，SESO基树脂与AESO基树脂表现出相似的热分解行为，其起始分解温度接近340°C，且分解过程中的最大速率温度在426–428°C之间。值得注意的是，当加入PETRA作为共聚单体时，SESO基树脂的热稳定性进一步提升，这主要归因于其高交联密度和复杂的化学结构。PETRA的添加不仅提高了树脂的玻璃化转变温度，还增强了其储能模量和交联密度，显示出其作为共聚单体在提升树脂性能方面的潜力。

在机械性能方面，SESO基树脂表现出优异的抗拉强度和模量，尤其是在不添加任何共聚单体的情况下，其杨氏模量达到30 MPa，而最大抗拉强度则高达7.4 MPa。这些性能指标与AESO基树脂相当，甚至在某些情况下更优。当加入PETRA时，树脂的杨氏模量显著增加，达到432 MPa，同时其最大抗拉强度也有所提升，而断裂伸长率则相应降低，这表明PETRA的加入有助于形成更加紧密的交联网络，从而提高材料的硬度和强度。

相比之下，当加入MY作为共聚单体时，SESO基树脂的机械性能有所下降，但其断裂伸长率保持不变，这可能与其结构中较高的柔性有关。MY的存在可能降低了树脂的交联密度，导致其在机械强度方面不如其他类型的SESO基树脂，但在柔韧性和延展性方面表现良好。这一发现为不同应用场景下的树脂设计提供了更多的可能性。

本研究的成果表明，SESO不仅在环保方面具有显著优势，而且在机械和热性能上也能够满足工业应用的需求。通过调整反应条件和共聚单体的种类与比例，可以进一步优化SESO基树脂的性能，使其在多个领域中具有更广泛的应用前景。此外，SESO的合成过程和性能评估也为未来开发更多基于生物基材料的热固性树脂提供了理论依据和技术支持。

总之，本文通过引入SA作为新型的生物基单体，成功合成了一种具有高生物基含量、良好机械和热性能的SESO基热固性树脂。这一研究不仅为减少对石油基材料的依赖提供了可行方案，也为实现绿色化学和可持续发展提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索SESO在不同工业领域的应用潜力，并优化其合成工艺以提高生产效率和降低成本，从而推动其在实际生产中的应用。