酚醛环氧树脂基杂化非异氰酸酯聚羟基聚氨酯粘合剂的胺类改性研究

为解决传统聚氨酯(PUs)中异氰酸酯毒性问题，研究人员通过CO2 插入法将环氧酚醛树脂(EPN)部分碳化为环状碳酸酯(CC)，再与胺类反应合成杂化聚羟基聚氨酯(HPHUs)。该体系兼具环氧树脂的高强度与聚氨酯的柔韧性，粘接强度达15–16 MPa，伸长率30–40%，为绿色粘合剂开发提供新策略。

　　

环氧树脂作为工程材料之王，却因脆性大而屡遭“柔韧性不足”的诟病。传统解决方案是引入聚氨酯(PU)链段，但异氰酸酯的毒性犹如达摩克利斯之剑，威胁着生产者和环境。更棘手的是，新兴的非异氰酸酯聚氨酯(NIPUs)虽规避了毒性，却陷入反应效率低、力学性能差的困境。如何打破“环保与性能不可兼得”的魔咒？印度VSSC研究所的Gopika Melepalliyalil团队在《European Polymer Journal》发表的研究给出了答案——他们创造性地将环氧酚醛树脂(EPN)改造成“双面侠”，同时携带环氧基和环状碳酸酯(CC)基团，再通过胺类交联编织出性能卓越的杂化网络。

研究采用三步技术路线：首先优化CO₂
压力将EPN部分碳化为EPNCC（保留30%环氧基）；随后选用异佛尔酮二胺(IPDA)、三乙烯四胺(TETA)和Gaskamine-328三种胺进行交联；最后通过FTIR、DFT计算和力学测试等手段表征性能。

材料表征
FTIR光谱中1793 cm^?1
的C=O峰证实CC成功合成，913 cm^?1
环氧特征峰残留显示部分转化。核磁共振显示CC转化率达70%，为后续杂化奠定基础。

性能调控
Gaskamine-328交联体系展现出最佳平衡：拉伸强度15.2 MPa（接近纯EPN的16 MPa），断裂伸长率却提升至38%。DFT计算揭示其优势源于分子中苯环与羟基尿素的强氢键网络，键能达25.8 kcal/mol。

环境效益
相比传统PU合成，该工艺每公斤产品可固定0.2 kg CO₂
，且完全避免异氰酸酯使用。TGA显示材料起始分解温度达285°C，满足工业耐热需求。

这项研究突破性地证明：通过精准控制环氧/CC比例和胺类选择，可定制化设计兼具高强度和韧性的环保粘合剂。其意义不仅在于开发出性能媲美传统产品的HPHUs，更开创了CO₂
资源化利用的新范式，为化工行业绿色转型提供关键技术支撑。正如作者指出，这种“杂化设计”理念可延伸至其他高性能聚合物体系，有望重塑环保材料的设计规则。