基于动态共价键β-羟基酯的木质素-单宁酸环氧树脂：闭环可回收性、卓越粘附性能与优异光热能力的创新研究

针对传统石油基环氧树脂不可回收、污染环境等问题，研究人员创新性地以环氧化单宁酸替代双酚A二缩水甘油醚，羧酸盐改性木质素替代石油基固化剂，开发出全生物质基环氧树脂(TPLs)。该材料通过引入β-羟基酯动态共价键实现闭环回收（TPL-0.1回收后强度保持80%），其中TPL-0.05兼具12.4 MPa剪切强度与47.8%光热转换效率（120.5°C@1 kW·m?2），太阳能热水器涂层使加热速率提升340.7%，为生物质高值化利用和可持续环氧树脂发展提供新范式。

　　

在当今资源紧张与环境污染的双重压力下，传统石油基环氧树脂的不可回收性已成为制约行业可持续发展的关键瓶颈。这类以双酚A二缩水甘油醚为基体、石油衍生物为固化剂的材料，虽具有优异的机械性能和化学稳定性，但其不可降解特性导致大量废弃物堆积，仅2022年全球环氧树脂废弃物就超过百万吨。更严峻的是，生产过程中对双酚A等有毒原料的依赖，还带来潜在的健康风险和环境持久性污染。

为破解这一困局，研究人员创新性地将目光投向自然界储量第二的植物成分——木质素（lignin）和富含酚羟基的单宁酸（tannic acid）。这两种生物质材料不仅具备可再生的核心优势，其分子结构中的活性基团更为设计新型功能材料提供了天然模板。研究团队通过精巧的分子设计，用环氧化单宁酸（TA-EP）完全替代传统双酚A骨架，以羧酸盐改性木质素作为固化剂，并引入动态共价键β-羟基酯（β-hydroxy ester）结构，成功开发出生物质含量高达74.4%的系列环氧树脂（TPLs）。

这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，主要运用了三大关键技术：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（¹H NMR）验证材料结构，动态力学分析（DMA）评估热机械性能，以及定制化光热测试系统量化转换效率。特别值得注意的是，闭环回收实验采用乙二醇/水（6:4）混合溶剂体系，在温和条件下实现了材料的循环再生。

【结构表征与性能】
通过FT-IR在914 cm^?1处检测到环氧特征峰，¹H NMR在2.79 ppm和3.19 ppm处的特征峰证实了TA-EP的成功合成。DMA显示TPLs具有典型的热固性材料特征，其储能模量在玻璃化转变区保持稳定。

【机械性能与回收性】
基准样品TPL-0.1初始拉伸强度达26.1 MPa，经闭环再生后仍保持20.6 MPa（80%保留率）。这种优异的回收性能源于β-羟基酯键在醇水体系中的可逆特性，分子动力学模拟显示键能垒低于传统共价键40%。

【多功能应用】
高木质素含量的TPL-0.05展现出"一材多用"特性：作为胶粘剂时剪切强度达12.4 MPa（超过商用环氧胶70%）；在1 kW·m^?2光照下，47.8%的光热转换效率使其表面温度迅速升至120.5°C。实际应用中，涂覆该材料的太阳能热水器仅用10分钟就将水温从20°C升至55°C，加热速率较未涂层组提升340.7%。

【结论与展望】
该研究通过"生物质替代+动态键设计"的双重策略，实现了环氧树脂性能与可持续性的协同突破。不仅为解决电子废弃物中环氧树脂回收难题提供了新思路，其光热特性更为开发智能响应材料开辟了路径。值得关注的是，研究中采用的木质素和单宁酸均可从造纸废液、果壳等副产品中提取，这种"变废为宝"的模式完美契合循环经济理念。未来通过优化动态键密度和生物质组分比例，这类材料有望在汽车轻量化、电子封装等领域实现更广泛应用。