高性能远距致动寡(2,6-二甲基苯醚)热固性树脂，源自生物基萜品烯核心

《Polymer》：High-Performance Telechelic Oligo(2,6-Dimethylphenylene Ether) Thermosets Derived from Bio-Based Terpinolene Core

本研究利用天然单萜烯terpinolene合成具有低介电损耗（<2.5×10?3）和高玻璃化转变温度（>220℃）的telechelic oligo(2,6-dimethylphenylene ether)s（OPEs）材料，通过Friedel-Crafts烷基化与氧化偶联实现分子设计，并采用苯甲酸酯等端基修饰提升性能，为5G电子电路提供环保替代方案。

　　这项研究聚焦于一种名为萜品烯（Terpinolene）的天然单萜，它广泛存在于多种草药中，并常用于食品和香料工业作为香料添加剂。萜品烯是一种来源于可再生资源的化合物，如植物精油，包括茶树、孜然、丁香和柑橘类水果。化学上，萜品烯含有两个双键，这使其具有较高的反应活性，同时因其脂肪族结构，也具备较低的吸水性和优良的电性能，使其成为高价值应用中极具潜力的生物基前体。在本研究中，科学家们通过创新的分子设计，将萜品烯作为基础构建单元，合成出一系列具有特定功能的聚合物材料。

研究的核心在于开发一种新型的双酚单体（TPO-core），该单体是通过萜品烯与2,6-二甲基苯酚的弗里德尔-克拉夫茨烷基化反应合成的。此反应使用三氯化铝（AlCl?）作为催化剂，形成中间产物（I）-（IV），每个中间产物都包含两个碳正离子。随后，这些中间产物通过氧化偶联反应，进一步生成具有羟基末端的寡聚（2,6-二甲基苯基醚）（TPO-OPE）。TPO-OPE经过后续的功能化处理，与多种可交联的末端基团结合，从而得到一系列具有不同终端结构的电信号聚合物（telechelic OPEs），包括TPO-PM（含苯基甲基丙烯酸酯末端基团）、TPO-VB（含乙烯基苯乙醚末端基团）以及TPO-VBz（含乙烯基苯甲酸酯末端基团）。

为了评估这些新型电信号聚合物的性能，研究团队将其与现有的石油基热固性树脂（如SABIC的SA9000和三菱气体化学的OPE-2St）进行了对比。结果表明，这些由萜品烯衍生的热固性材料表现出显著的高玻璃化转变温度（Tg），分别为217、223和225°C，同时具有非常低的介电损耗因子（Df），在10 GHz频率下分别为2.1、2.3和2.4×10?3。这些优异的性能不仅展示了萜品烯在高频率电子应用中作为可持续构建单元的潜力，还为未来开发更多具有高可再生含量的材料提供了可能。

当前，尽管由萜品烯衍生的材料在生物基含量上仍较为有限，但其作为核心构建单元的优势在于能够绕过主要制造商如SABIC和MGC所持有的专利限制。这使得该研究在材料创新领域具有重要意义。通过将萜品烯作为基础，科学家们开发出了一种新的分子设计策略，不仅满足了5G技术对高频率铜箔层压板（CCLs）的严格要求，还提供了更具环保意识的材料解决方案。

此外，研究团队还对材料的热稳定性、疏水性、耐湿性和介电性能进行了系统评估。这些性能对于电子材料的长期使用至关重要，尤其是在高湿度或高温环境下。通过功能化处理，研究团队不仅提升了材料的加工性能，还增强了其与其他材料的相容性，从而进一步优化了其整体性能。与现有的石油基材料相比，这些由萜品烯衍生的材料在保持良好机械性能的同时，展现出更低的介电常数（Dk）和介电损耗因子（Df），这使得它们在5G通信基础设施中的应用前景广阔。

在研究过程中，团队使用了多种化学试剂和催化剂，包括三氯化铝、铜(I)氯化物、4-二甲氨基吡啶、N,N’-二环己基碳二亚胺以及4-氯甲基苯乙烯等。这些试剂在合成过程中起到了关键作用，确保了反应的顺利进行和产物的高纯度。此外，研究团队还采用了甲基丙烯酸酐、醋酸钠和二叔丁基过氧化物（DCP）等物质进行后续的功能化处理，以进一步提升材料的性能。

研究团队还特别关注了材料的可持续性问题。通过使用生物基前体，他们成功减少了对化石燃料的依赖，从而降低了碳足迹。这种可持续的材料设计不仅符合当前环保趋势，也为未来材料科学的发展提供了新的方向。在5G通信技术不断发展的背景下，对高性能、低介电损耗的材料需求日益增长，而由萜品烯衍生的材料正好满足了这一需求。

本研究还涉及了多个领域的交叉应用，包括化学工程、材料科学和电子工程。通过合成具有特定功能的聚合物材料，研究团队为电子行业提供了新的解决方案。这些材料不仅具备优良的介电性能，还具有良好的热稳定性和耐湿性，能够适应复杂的电子环境。此外，它们的低吸水性使其在潮湿环境中也能保持稳定的性能，这对于电子设备的长期可靠性至关重要。

在实际应用中，这些由萜品烯衍生的材料可以用于制造高频率电子设备所需的高性能介电材料。例如，在5G通信基础设施中，这些材料可以作为铜箔层压板（CCLs）的组成部分，提高其在高频环境下的性能表现。此外，它们还可以用于制造其他高价值电子元件，如印刷电路板（PCBs），从而满足现代电子技术对材料性能的高要求。

通过对比实验，研究团队发现由萜品烯衍生的材料在多个关键性能指标上优于现有的石油基材料。例如，在玻璃化转变温度（Tg）方面，它们分别达到了217、223和225°C，显著高于传统材料的性能水平。在介电损耗因子（Df）方面，它们分别达到了2.1、2.3和2.4×10?3，远低于现有材料的性能。这些数据表明，萜品烯作为生物基材料的潜力巨大，能够为未来的高性能电子材料提供可持续的解决方案。

研究团队还指出，虽然目前由萜品烯衍生的材料在生物基含量上仍处于较低水平，但随着技术的进步和对可持续材料需求的增加，未来有望开发出更高比例的生物基材料。此外，通过优化合成工艺和功能化策略，可以进一步提升材料的性能，使其在更多高价值应用中发挥作用。这一研究不仅为材料科学提供了新的思路，也为环境保护和可持续发展做出了贡献。

综上所述，这项研究通过创新的分子设计和合成方法，成功开发出一系列基于萜品烯的高性能电信号聚合物材料。这些材料不仅在性能上优于现有的石油基材料，还具有显著的环保优势，能够为未来的电子行业提供可持续的解决方案。随着5G技术的不断发展，对高性能、低介电损耗材料的需求将持续增长，而由萜品烯衍生的材料正好满足了这一需求。因此，这项研究在推动绿色材料科学和技术发展方面具有重要意义。