通过优化内部结构，开发出在低电场下具有高驱动性能的CPBA/PVDF介电弹性体复合材料

《Polymer》：CPBA/PVDF dielectric elastomer composites with high actuation performance under low electric field by optimizing the internal structure

本研究合成四碳、六碳和十碳链长的2,5-呋喃二羧酸（FDCA）双环氧单体，通过氧化α,ω-二烯酯呋喃单体制备，并探究其链长对环氧树脂热稳定性和交联密度的影响。结果表明，六碳单体与4,4'-甲撑二苯胺固化后交联密度最高，接近传统DGEBA树脂水平，且通过甲醇解可高效回收单体。该研究为生物基环氧树脂的高性能化及循环利用提供了新策略。

　　环氧树脂作为一种重要的高分子材料，因其优异的热性能、机械性能以及化学稳定性而广泛应用于现代工业中。然而，传统环氧树脂多依赖于化石资源，如双酚A（BPA）衍生的二缩水甘油醚（DGEBA），这不仅带来了资源枯竭的问题，还引发了对环境和人体健康的担忧。由于双酚A具有内分泌干扰和肾毒性等特性，许多欧洲国家已加强对BPA相关产品的监管，促使研究人员寻求更加可持续和环保的替代材料。在此背景下，基于可再生资源的环氧树脂成为研究热点，其中以呋喃衍生的单体尤为受到关注。

呋喃基环氧树脂具有独特的结构优势，其五元环结构能够有效抑制分子链的旋转，从而提升材料的热稳定性和机械强度。此外，呋喃环中的氧原子能够与胺类固化剂发生氢键作用，进一步增强材料的性能。基于这些特性，研究者们开始探索由糖类衍生的呋喃二羧酸（FDCA）作为环氧树脂的可持续构建单元。FDCA不仅来源于可再生资源，而且其分子结构中包含酯基，这些酯基不仅有助于改善材料的热性能，还为材料的可回收性提供了可能性。

尽管已有大量研究关注于基于FDCA的环氧树脂，但大多数工作集中于短链的甘油酯衍生物，如C3链长的单体。这些短链单体在性能上虽然表现良好，但在调控材料特性方面存在局限。因此，探索不同链长的FDCA衍生环氧树脂对于开发具有更广泛性能调节能力的材料具有重要意义。通过调整链长，可以实现对材料刚性和柔韧性的优化，从而拓展其应用范围。此外，材料的可回收性也是当前研究的重要方向之一，传统环氧树脂难以降解，而基于FDCA的材料则可能通过简单的化学方法实现降解和再利用。

在本研究中，科学家们首次合成了一种新型的基于FDCA的双环氧单体，其链长分别为4、6和10个碳原子。这些单体通过氧化α,ω-二烯酯呋喃单体而制得，随后使用两种双胺固化剂——4,4'-亚甲基双(环己烷-1-胺)（H1）和4,4'-亚甲基二苯胺（H2）进行热固化，成功制备了基于FDCA的环氧热固材料。通过对材料的结构分析，研究团队确认了固化过程的完成以及分子间的交联反应。实验数据表明，随着链长的增加，材料的热稳定性和柔韧性显著提升，同时交联密度也受到链长的影响。值得注意的是，六碳链的双环氧FDCA单体在使用H2固化剂时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，这表明该材料在性能上具有显著优势。

除了性能的提升，材料的可回收性也是本研究的重要内容。通过简单的甲醇解反应，研究团队成功将热固材料分解为初始单体——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降解特性，还为未来材料的循环利用提供了可行的途径。甲醇解过程的高效性意味着该材料在生命周期结束后仍具有较高的再利用价值，这与当前可持续发展和循环经济的理念高度契合。

本研究的创新之处在于首次系统地探讨了不同链长的FDCA衍生双环氧单体对环氧热固材料性能的影响。通过对比不同链长单体在固化后的表现，研究团队揭示了链长与材料性能之间的关系。这种关系对于设计和开发具有特定性能要求的新型环氧材料具有重要的指导意义。此外，研究团队还通过实验验证了材料的可回收性，为未来环保型环氧树脂的研发提供了理论依据和实验支持。

目前，基于FDCA的环氧树脂研究仍处于发展阶段，但仍取得了显著进展。已有研究表明，这些材料在热性能、机械性能以及可回收性方面均优于传统材料，这使其在多个领域具有广阔的应用前景。例如，在电子设备、航空航天、复合材料以及涂层等领域，基于FDCA的环氧树脂可以替代传统材料，从而减少对化石资源的依赖，同时提升材料的安全性和环保性。然而，要实现这些材料的广泛应用，仍需进一步优化其合成工艺，提升其性能稳定性，并探索更多可能的固化剂组合。

此外，研究团队在实验过程中采用了多种表征手段，包括核磁共振（NMR）光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及高分辨率质谱（HRMS）等，以确保合成单体的结构正确性以及固化过程的完整性。这些表征方法不仅为研究提供了可靠的实验数据，也为未来类似材料的研究奠定了基础。通过这些技术手段，研究人员能够准确分析材料的分子结构和化学特性，从而更好地理解其性能变化的原因。

值得注意的是，本研究的成果还为材料科学领域的可持续发展提供了新的思路。传统的环氧树脂由于其交联结构的不可逆性，往往难以回收再利用，而基于FDCA的环氧树脂则可能通过可控的化学反应实现分解和再利用。这种特性使得该类材料在未来的绿色制造和循环经济体系中具有重要地位。此外，材料的可降解性也为解决塑料污染问题提供了新的解决方案，特别是在需要临时使用或可回收的场合。

综上所述，本研究不仅拓展了基于FDCA的环氧树脂的应用范围，还为开发高性能、环保型的热固材料提供了重要的理论和技术支持。通过系统地研究不同链长单体对材料性能的影响，研究团队为未来的材料设计提供了新的方向。同时，材料的可回收性也为实现可持续发展提供了可能。未来的研究可以进一步探索不同固化剂对材料性能的影响，以及如何通过调整分子结构提升材料的综合性能。此外，还可以研究这些材料在实际应用中的表现，以验证其在不同环境下的适应性和稳定性。