熱固性樹脂具有優秀的綜合性能，在國民經濟與國防工業中有廣泛應用。近年來，隨著各國對環境與資源問題重視程度的不斷提升，高分子材料產業面臨著低碳可持續發展的迫切需求。在此背景下，以生物質資源或生物基化學品為原料開發熱固性樹脂材料引起越來越多的關注。
單組分環氧樹脂由環氧樹脂預聚物與潛伏型固化劑構成，具有儲存穩定性良好，加工性能優秀的特點，但是目前圍繞環氧樹脂用生物基潛伏型固化劑的研究還較少。咪唑衍生物是應用較多的環氧樹脂用潛伏型固化劑，利用生物質資源制備咪唑等含氮雜環類化合物一直是一大難題。近日，貴州大學材料與冶金學院謝海波教授課題組報道了一種以生物基化學品香草醛為起始原料合成生物基咪唑衍生物的策略（圖1）。所得咪唑衍生物攜帶乙烯基，經巰烯點擊反應可聚合獲得生物基大分子潛伏型固化劑，其與商用環氧樹脂E51混合獲得的環氧樹脂前驅體表現出優異的儲存穩定性，且可在高溫下快速固化形成生物基環氧樹脂（圖2）。樹脂的玻璃化轉變溫度、熱穩定性、交聯密度等可通過改變生物基大分子潛伏型固化劑分子結構進行調控。此外，由于大分子固化劑攜帶柔性鏈，固化后可與環氧樹脂基體形成半互穿結構，在不損害強度的同時有效增韌樹脂材料。
圖1 生物基咪唑單體的合成
圖2 生物基大分子潛伏型固化劑的合成以及生物基單組分環氧樹脂的固化
該工作以Robust Vanillin-Derived Poly(thioether imidazoles) as Both a Latent Curing and Toughening Agent for One-Component Epoxy Resins’為題發表在ACS Macro Letters（ACS Macro Lett. 2023, 12, 1151–1158）。貴州大學材料與冶金學院猶陽特聘教授與碩士研究生王喆麟為共同一作，謝海波教授、黃彩娟副教授為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金、貴州省科技計劃項目、貴州省高層次創新型人才培養對象-百層次項目、貴州省科技廳生物基高分子新材料科技創新人才團隊項目的支持。
該工作是團隊關于利用綠色化學技術升級香草醛為生物基可聚合單體及其聚合物的最新進展。香草醛是木質素的主要解聚產物，可進行多種衍生化反應，是制備生物基聚合物的理想原料之一。近年來，團隊基于香草醛結構特點進行分子設計，開發了多種生物基單體合成與聚合策略（Green Chem., 2023, 25, 172-182, Green Chem., 2020, 22, 1542-1547, ChemCatChem, 2018, 10, 5377,RSC Adv, 2018, 8, 34297），探究了生物基單體結構與聚合物性質之間的關系，旨在開發種類多樣且結構與性能可調的生物基聚合物材料。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.3c00400
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d2gc02901d
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/gc/c9gc03926k
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/gc/c5gc01340b
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.201801381