環氧樹脂是工業領域中重要的熱固性樹脂材料，在粘合劑領域應用廣泛。傳統的環氧樹脂以石油基資源為原料，近年來基于可再生資源的生物基環氧樹脂倍受關注，但是多數研究關注生物基環氧樹脂單體，對固化劑的研究相對較少，特別是具有儲存穩定性的潛伏型固化劑及其單組分環氧樹脂更是鮮少涉及。
近日，貴州大學材料與冶金學院謝海波教授、猶陽特聘教授在高分子材料領域權威期刊《ACS Macro Letters》（影響因子5.1）發表了題為“High-Performance One-Component Epoxy
Adhesive Based on the Synergistic Effect of Lignin-Derived Triaryl-Imidazole
and Phytic Acid, ACS Macro Lett. 2024, 13, 6, 775–780”的最新研究成果。該工作第一作者為貴州大學材料與冶金學院碩士研究生李海，通訊作者為猶陽特聘教授和謝海波教授，第一單位為貴州大學材料與冶金學院。該工作以木質素解聚產物藜蘆醛為原料，采用一鍋法制備了生物基三芳基咪唑單體(BIM)，進一步在室溫下與生物質植酸(PA)反應合成了一種新型的生物基潛伏性固化劑(BIMPA），并將其與商用E51環氧樹脂混合制備了單組分環氧樹脂前驅體（圖1）。
圖1環氧粘合劑的制備
機理分析表明，該前驅體具有在室溫下可穩定儲存90天以上。如圖2所示，結合量子化學模擬可知去驗證了BIMPA在高溫下可分兩步釋放出高活性的三芳基咪唑，咪唑環上的孤對電子暴露并容易攻擊環氧化物基團，從而引發開環聚合并促進樹脂的固化。
圖2 單組分環氧樹脂的固化機理
如圖3所示，少量的PA能顯著改變其熱降解以及促進其成碳。此外，比較BIMPA固化體系和BIM固化體系的力學性能可知（圖4c和圖4d），少量PA的引入即可顯著提升其力學性能，結合SAXS、XPS以及凝膠含量測試結果可知，EP-BIMPA-X體系材料的結構更加的均勻且PA可以提供額外的離子交聯點，以上結構特點有助于提升材料力學性能。
圖3 熱穩定性和機械性能
升溫固化獲得的環氧樹脂具有優異的熱力學性能，可以作為高性能粘合劑，以不銹鋼基底為例，搭接強度隨著BIMPA質量含量的增加而增加，EP-BIMPA-7.5的搭接強度達到41.02 MPa(圖4a)。這一數值使其在潛伏性固化膠粘劑中具有競爭力。同時也在其他材質上進行搭接實驗（圖4b），最終結果證實了單組分環氧膠粘劑的高性能和通用性，具有良好的應用前景。
圖4 粘合性能
該研究得到了國家自然科學基金（批準號：22065006、21704019、22173094、52303121）、
貴州省科技項目(批準號：QianKeHe Foundation [2020]1Z004、ZK[2024]yiban020、平臺與人才[2016]5652,
[2019]5607)、貴州大學人才計劃(X2022008)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.4c00247