大连理工大学蹇锡高院士团队在高性能生物基高分子材料方面取得新进展

2020-11-27 11:21:57 高分子科学前沿

生物基高分子材料具有绿色、环境友好和可再生等特点,能够有效缓解化石能源危机和环境污染等问题。尽管如此,设计及合成能够满足其高性能化和功能化要求的生物基单体仍然是一大挑战,是推广生物基高分子材料应用范围并提升其对石油基高分子材料竞争优势的关键问题。

图1 三嗪环生物基环氧树脂THMT-EP与石油基双酚A型DGEBA的性能比较

大连理工大学化工学院高分子材料系蹇锡高院士团队在前期含哒嗪酮芳香杂环结构的生物基化合物合成的工作基础上( Nature Communications, 2019, 10, 2107),进一步以香草醛为原料合成出了全生物质碳的含三嗪环结构的三酚化合物,并以此构筑具有热致液晶特性的生物基环氧树脂。在相同的固化条件下,其玻璃化转变温度达到了目前所知的生物基环氧树脂的最高值300℃,这比商品化的石油基的双酚A型环氧树脂高了120 ℃;同时由于其热致液晶的特点,使生物基环氧树脂的弯曲模量和强度相较于双酚A型的分别提高了53.9%和14.3%,表现出了更好的韧性。由此解决了环氧树脂增韧过程中强度、韧性和热稳定性难以同时提升的关键问题。相关工作已发表于化工领域TOP期刊 Chemical Engineering Journal上(https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126881)。

图2 厚朴酚基环氧树脂DGEM与石油基双酚A型DGEBA的性能比较

近日,团队又以生物基的厚朴酚化合物为原料,制备出新型的环氧树脂DGEM。因其含有“刚柔兼济”的化学结构(刚性的联苯和柔性的脂肪链),生物基环氧树脂具有优越的加工性能(低本征粘度、宽加工窗口)和灵活可调的综合性能(热稳定性、力学性能和本征阻燃特性)。解决了环氧树脂应用发展中其阻燃性能、力学性能和热稳定性相互制约难以协调的尖锐矛盾。相关工作已发表于化工领域TOP期刊 Chemical Engineering Journal上(https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124115)。

上述研究论文的第一作者均为翁志焕副教授协助蹇锡高院士指导的博士生戚裕同学,前者为论文的通讯作者。以上工作得到了国家自然科学基金(U1663226, 51873027, 51673033)、辽宁省自然科学基金(2019-ZD-0139)和校创新团队专题项目(DUT20TD114)的支持。

来源:大连理工大学

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