基于生物基环氧亚麻油与大豆油功能化埃洛石纳米管的流变动力学与表面改性研究

为解决埃洛石纳米管(Hal)与疏水性聚合物相容性差的问题，研究人员创新性地采用环氧亚麻油(ELO)和环氧大豆油(ESBO)对Hal进行直接改性，通过流变动力学分析揭示了温度对功能化效率的影响规律。研究发现ESBO修饰的Hal具有更低活化能(15.50 kJ/mol)，且在110°C下形成交联网络使储能模量提升14,300%，FTIR和TGA证实高温促进羟基消耗和羰基形成。该研究为开发全生物降解聚合物复合材料提供了可持续策略。

　　

在材料科学领域，聚合物复合材料因其轻质高强、耐腐蚀等特性广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。然而，作为重要填料的埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes, Hal)存在固有亲水性，导致其在疏水性聚合物基体中分散性差、界面结合弱，严重影响复合材料性能。传统改性方法多依赖硅烷偶联剂等化学试剂，存在环境负担。与此同时，植物油衍生物因其可再生性和反应活性成为绿色改性的研究热点，但关于生物基环氧油直接功能化Hal的系统研究尚未见报道。

这项发表在《Applied Clay Science》的研究创新性地采用环氧亚麻油(Epoxidized linseed oil, ELO)和环氧大豆油(Epoxidized soybean oil, ESBO)对Hal进行功能化，首次通过流变仪实时监测化学反应动力学过程。研究人员通过温度控制实验(80-110°C)结合FTIR、TGA、SEM/TEM等多尺度表征手段，揭示了环氧油分子与Hal表面羟基的相互作用机制。

关键技术方法包括：1) 采用平行板流变仪进行等温时间扫描，监测储能模量(G')和复数粘度(η*)演变；2) 傅里叶变换红外光谱(FTIR)定量分析羟基和羰基相对含量；3) 热重分析(TGA)计算接枝率并评估热稳定性；4) 扫描/透射电镜(SEM/TEM)观察形貌变化；5) 能量色散X射线光谱(EDX)分析元素组成。

流变动力学分析显示，温度升高显著加速交联网络形成，ESBO改性体系表现出更低的活化能(15.50 kJ/mol vs ELO的16.06 kJ/mol)。在110°C时，ESBO-Hal体系的G'增幅达14,300%，表明其更高的反应活性。FTIR谱图中1740 cm^-1处羰基峰强度随温度升高而增强，904 cm^-1处Al-OH峰减弱，证实环氧基团与羟基的成功反应。TGA数据显示110°C处理样品的接枝率最高(ESBO:36.52 wt%，ELO:34.14 wt%)，且DTG峰温向高温偏移，说明改性后热稳定性提升。

形貌分析揭示重要现象：SEM显示ESBO处理后的Hal边缘更光滑，TEM观察到110°C样品表面出现云雾状包覆层，EDX证实碳含量显著增加(C/Al比达3.98)。这些结果共同表明ESBO虽环氧值较低(6.5-7.5%)，但因脂肪酸链结构差异，其空间位阻更小，更易与Hal内腔羟基反应。

该研究的重要意义在于：1) 开发出无需有毒试剂的Hal绿色改性方法；2) 首次将流变仪用于纳米管功能化过程监测，建立反应动力学模型；3) 发现ESBO反常的高反应活性机制，为植物油分子设计提供新思路；4) 改性后的Hal可显著提升与生物基聚合物的相容性，推动全降解复合材料发展。这项工作不仅解决了Hal在聚合物中的应用瓶颈，也为其他纳米材料的生物基功能化提供了范式。