基于白藜芦醇和HMF的双固化高性能生物基环氧树脂研究

针对生物基环氧树脂单体研究不足的问题，研究人员开展了以白藜芦醇和5-羟甲基糠醛为原料的新型单体ResCMF与二氨基二苯二硫化物(AFD)固化剂的双固化体系研究。结果表明，该体系通过环氧-胺聚合和自缩聚反应形成了具有高玻璃化转变温度(Tg达194.6°C)和优异力学性能（拉伸强度85.1±3.5 MPa）的热固性材料，同时具备形状记忆功能和可降解性，为可持续高性能材料开发提供了新策略。

　　

随着可持续发展理念的深入，开发可再生资源制备的高性能聚合物材料成为化学工业的重要方向。环氧树脂作为广泛应用于涂料、胶粘剂和复合材料等领域的热固性树脂，其传统原料双酚A（BPA）存在环境激素争议，且主要来源于不可再生的石油资源。虽然生物基环氧树脂的研究取得了一定进展，但现有体系大多局限于单一固化机制，导致材料性能难以兼顾高玻璃化转变温度（T_g）和良好力学性能。更关键的是，传统热固性树脂的交联网络结构使其难以回收利用，造成资源浪费和环境压力。因此，开发兼具优异性能和环境友好特性的新型生物基环氧树脂体系迫在眉睫。

在这一背景下，南京工业大学生物技术与制药工程学院的李志勇、高达、李晓格、卢定强、孟静静和郭凯研究团队在《Reactive and Functional Polymers》上发表研究，创新性地利用两种天然产物——白藜芦醇（resveratrol，一种存在于葡萄、花生等植物中的多酚类化合物）和5-羟甲基糠醛（HMF，一种可由生物质糖类脱水获得的平台化合物）为原料，设计合成了一种新型环氧树脂单体ResCMF，并与二氨基二苯二硫化物（AFD）固化剂通过双固化工艺构建了高性能生物基环氧树脂网络。

研究人员采用的关键技术方法主要包括：1）基于白藜芦醇和HMF的单体分子设计合成；2）差示扫描量热法（DSC）和动态力学分析（DMA）研究固化过程与热力学性能；3）双固化机制（环氧-胺聚合与自缩聚反应）的动力学分析；4）力学性能测试（拉伸、弯曲、冲击和搭接剪切强度）；5）形状记忆效应和溶剂降解性能评价。研究样本为实验室自制的热固性材料。

固化行为与反应机理

通过对比ResCMF/AFD与传统石油基DGEBA/AFD体系的固化过程，发现ResCMF/AFD除了发生典型的环氧-胺聚合反应外，还出现了胺催化的自缩聚反应。动力学分析表明，44AFD固化剂比22AFD具有更高的反应活性，这种双固化机制为材料性能的精确调控奠定了基础。

热力学性能

ResCMF/AFD体系表现出独特的热性能特征：初始的环氧-胺聚合阶段形成中等T_g（107.2-109.3°C）的网络结构，而后续的自缩聚反应则显著提升了材料的耐热性能，使T_g达到188.6-194.6°C的高水平。这种分阶段固化的特性使得材料能够在加工性和最终使用性能之间取得良好平衡。

力学性能

在力学性能方面，ResCMF/22AFD体系的储能模量（4.55 GPa）显著高于ResCMF/44AFD（3.21 GPa）和传统DGEBA/AFD体系。同时，该材料展现出优异的拉伸强度（85.1±3.5 MPa）和弯曲强度（118.4±18.9 MPa），而冲击强度和搭接剪切强度与对比体系相当，表明其综合力学性能突出。

功能特性与应用潜力

研究还发现ResCMF/AFD热固性材料在150°C条件下具有显著的形状记忆效应，能够实现可持续的再加工利用。虽然材料在常规条件下表现出良好的耐溶剂性，但通过DMF（N,N-二甲基甲酰胺）诱导的醇解反应可实现材料的可控降解，这为热固性材料的循环利用提供了新途径。

该研究通过巧妙的分子设计和创新的双固化策略，成功开发出综合性能优异的生物基环氧树脂体系。ResCMF/AFD不仅解决了传统生物基环氧树脂性能单一的问题，还通过引入自缩聚反应实现了高性能热固性材料的可持续制备。其独特的形状记忆功能和可控降解特性为环氧树脂材料的绿色循环利用开辟了新方向，在航空航天、电子封装和环保涂料等领域具有广阔应用前景。这项研究为生物基高分子材料的高值化利用提供了重要参考，推动了可持续聚合物材料的发展。