一种可降解的热固性聚苯并恶嗪，具有双缩醛结构，由可再生的木糖醇制成

《Polymer》：Degradable thermosetting polybenzoxazine with diacetal structure from renewable xylitol

本研究合成不同碳链长度的FDCA双环氧基生物单体，并测试其环氧树脂性能。结果表明，长链单体提升材料热稳定性和柔韧性，且交联密度受链长影响。通过甲醇解实现高效单体回收，为可持续环氧树脂开发提供新途径。

　　在当今社会，随着环保意识的不断提升和对可持续材料的需求日益增长，传统的环氧树脂材料正面临前所未有的挑战。环氧热固性树脂（Epoxy Thermosets, ERTs）因其卓越的热稳定性和机械性能，被广泛应用于现代工业的多个领域，包括涂层、复合材料、电子设备以及航空航天等。然而，这些材料大多依赖于石油基的双酚A（Bisphenol A, BPA）衍生物，如二缩水甘油醚双酚A（Diglycidyl Ether of Bisphenol A, DGEBA），其生产过程不仅消耗大量不可再生资源，还可能对环境和人类健康造成潜在威胁。由于BPA被证实具有内分泌干扰和肾毒性等健康风险，许多欧洲国家已采取更严格的监管措施，以减少其使用。这促使科研人员积极寻找可再生的替代材料，从而推动了生物基环氧树脂的研发进程。

在众多生物基材料中，糠醛二羧酸（2,5-Furandicarboxylic Acid, FDCA）因其优异的性能和可再生来源而受到广泛关注。FDCA是一种通过糖类原料如果糖、葡萄糖和多糖合成的化合物，其分子结构中的氧原子和酯基能够增强环氧树脂的热稳定性和机械性能。此外，FDCA基环氧树脂还具备一定的动态共价键特性，这使得材料在特定条件下具备可降解或可回收的潜力。这些特性为生物基环氧树脂的应用提供了广阔前景，尤其是在需要高耐久性和可循环利用的领域。

然而，目前关于FDCA基环氧树脂的研究主要集中于短链结构的环氧衍生物，例如基于C3的缩水甘油酯衍生物，而对不同链长的FDCA基环氧树脂的研究仍较为有限。这种研究上的空白限制了我们对材料性能的全面理解，也阻碍了对环氧树脂结构设计的进一步优化。因此，有必要探索不同链长的FDCA基环氧树脂，以评估其在热固性材料中的表现，并寻找可能的改进方向。

本研究旨在合成一系列具有不同链长的生物基双环氧单体，基于FDCA的结构，通过氧化α,ω-二烯酯类糠醛单体实现。这些单体的链长分别为四碳、六碳和十碳，通过调节链长，我们希望深入探讨其对最终热固性材料性能的影响。实验中采用两种双胺固化剂——4,4'-亚甲基双（环己烷-1-胺）（H?）和4,4'-亚甲基二苯胺（H?）——对这些单体进行热固化，从而制备出新型的FDCA基环氧热固性材料。通过结构分析，我们确认了这些单体在固化过程中的成功交联，并评估了其在不同链长条件下的性能差异。

实验结果表明，随着链长的增加，材料的热稳定性和柔韧性得到了显著提升。较长的双环氧单体不仅增强了材料的耐热性，还改善了其在不同环境下的适应能力。此外，链长对最终材料的交联密度也产生了重要影响。值得注意的是，六碳链的双环氧单体在与H?固化剂反应后，表现出最高的交联密度，其性能与传统的DGEBA基环氧树脂相当，甚至在某些方面有所超越。这一发现为开发高性能且环保的环氧树脂提供了新的思路。

除了性能优化，本研究还关注了这些新型环氧树脂的回收潜力。通过简单的甲醇解反应，我们可以将固化后的热固性材料有效地分解为初始的单体——FDCA二甲酯以及一种多羟基化合物。这一过程不仅展示了材料的可回收性，还为未来的循环经济模式提供了技术支持。与传统环氧树脂相比，FDCA基材料在降解和回收方面展现出更大的灵活性，这为其在环保领域的应用提供了有力保障。

本研究的创新之处在于首次系统地探索了不同链长的FDCA基双环氧单体在热固性材料中的表现。通过对比分析，我们不仅揭示了链长对材料性能的影响机制，还为未来开发更多种类的生物基环氧树脂奠定了基础。此外，本研究在材料回收方面的突破也为可持续发展提供了新的解决方案。

从材料科学的角度来看，环氧树脂的性能与其分子结构密切相关。通过调整单体的链长，我们可以改变材料的交联密度、柔韧性以及热稳定性等关键特性。这一研究为理解环氧树脂的结构-性能关系提供了新的视角，并为设计高性能、可回收的环氧树脂材料提供了理论支持。同时，该研究也为其他类型的生物基材料的开发提供了借鉴，特别是在如何通过分子设计提升材料性能和环保价值方面。

在实际应用中，生物基环氧树脂具有广阔的发展前景。例如，在电子设备领域，材料的高绝缘性和耐热性使其成为理想的封装材料；在航空航天工业中，其优异的机械性能和轻量化特性有助于提高飞行器的性能和安全性；在复合材料制造中，其可调的交联密度和柔韧性能够满足不同应用场景的需求。此外，由于其来源于可再生资源，生物基环氧树脂在降低碳排放和减少对化石燃料的依赖方面也具有重要意义。

从环境角度来看，生物基环氧树脂的推广使用有助于减少对不可再生资源的消耗，降低生产过程中的碳足迹。同时，其可回收性也为解决传统环氧树脂难以降解的问题提供了可能。通过甲醇解等简单化学过程，我们能够将固化后的材料重新转化为可再利用的单体，从而实现材料的闭环循环利用。这一特性不仅有助于减少废弃物的产生，还能够降低材料生产成本，提高资源利用效率。

在技术实现方面，本研究采用了一种新颖的合成方法，即通过氧化α,ω-二烯酯类糠醛单体来制备FDCA基双环氧单体。这种方法不仅简化了合成步骤，还提高了材料的可控性和可调性。通过选择不同长度的醇类单体，我们能够精确调控最终材料的链长，从而优化其性能。此外，固化过程中采用的两种双胺固化剂——H?和H?——在不同条件下表现出不同的固化效果，这进一步拓展了材料的应用范围。

尽管本研究取得了显著进展，但仍存在一些需要进一步探讨的问题。例如，不同链长的FDCA基环氧树脂在不同温度和湿度条件下的性能表现，以及其在长期使用过程中的耐久性。此外，如何进一步提高材料的回收效率和降低回收过程中的能耗也是未来研究的重要方向。通过深入研究这些问题，我们有望开发出更加高效、环保的环氧树脂材料，满足日益增长的市场需求。

综上所述，本研究通过合成不同链长的FDCA基双环氧单体，并对其进行热固化和性能评估，为生物基环氧树脂的发展提供了新的方向。实验结果表明，较长链的单体在提升材料性能方面具有显著优势，同时其回收潜力也为可持续材料的开发提供了技术支持。随着研究的深入，我们相信FDCA基环氧树脂将在未来材料科学中发挥越来越重要的作用，为实现绿色制造和循环经济做出积极贡献。