中科院宁波材料所刘小青课题组JPS综述：生物基热固性树脂研究进展
原油与石化资源的枯竭，使聚合物产业绿色化愈发重要。当今，生物基化学品及其平台化合物是合成各种可再生聚合物的重要原料。热固性树脂作为一种高综合性能且应用广泛的材料，其合成严重依赖石化资源。而近年来研发的生物基热固性树脂具有良好的热性能和机械性能，可与传统数值相媲美。因此，总结生物基化学品的平台化策略、建立原料和树脂性能的构效关系并探索各类功能化应用对于生物基热固性树脂的发展、推广和实际应用具有十分重要的意义。
中科院宁波材料所刘小青团队长期在生物基热固性树脂的设计、合成及功能化方面进行探索，并研发了多种高力学性能、高热性能、阻燃、多功能的生物基环氧树脂及苯并噁嗪树脂（Macromolecules, 2018, 4782; ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 7589; ChemSusChem, 2018, 11, 317; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 8715; Compos. Part B-Eng., 2019, 179, 107523; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 8715; Compos. Part B-Eng., 2020, 190: 107926; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 16842; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020,8,8471; Polymer, 2021, 226, 123789; Prog. Polym. Sci., 2021, 113, 101353）。
近日，刘小青团队在Journal of Polymer Science上发表综述“Recent development on bio-based thermosetting resins”，系统地总结了近几年来两种代表性的生物基热固性树脂（环氧树脂和苯并噁嗪树脂）从性能化到功能化的研究进展。
这篇综述首先介绍了环氧树脂的常用合成方法，环氧固化剂的特征以及可能的生物基前驱体，并以此通过生物基原材料设计环氧树脂体系。随后，对高性能的生物基环氧树脂的合成策略进行总结，重点列举了将生物基原料进行偶联、缩合、及官能团转化以达到超越石油基对应物性能的成功实例。随着近几年生物基环氧树脂的发展，借助生物基化合物的本征性质，一些树脂还被应用于防腐、抗菌等领域，并简单概括了其设计思路与实际应用的联系。
图1：部分生物基环氧树脂的合成策略
苯并噁嗪树脂是一种由Mannich缩合反应得到的新型酚醛树脂。由于该反应需要酚类、胺类和醛类来引发，因此，自然界中含有这些基团的化学品都是潜在的原料。为了得到高性能的生物基苯并噁嗪树脂，修饰单体结构及改善聚合物内在的氢键体系至关重要。目前，部分研究已经很好地解决苯并噁嗪树脂脆性、高固化温度和低加工性的缺点。引入含氢键供受体的结构或填料也成功地用于调整聚合物的氢键作用。此外，功能化的苯并噁嗪材料也成功地应用于油水分离及储能器件。
图2：部分生物基苯并噁嗪树脂的合成及单体结构
最后，作者讨论了下一代生物基热固性树脂的要求。由于现有的一些生物基材料的合成和使用仍然存在着诸多缺点，比如石化品使用、耐久性低、毒性和不可回收性等。因此，生物基热固性树脂应在整个合成和使用过程中贯串绿色化学原理，追求更高效、低毒、可持续的合成方法，确保高性能或多功能性的同时提高使用寿命。
论文信息：
Recent development on bio-based thermosetting resins Jingkai Liu, Liyue Zhang, Wuliuyi Shun, Jinyue Dai, Yunyan Peng, Xiaoqing Liu* Journal of Polymer Science，DOI：10.1002/pol.20210328
https://doi.org/10.1002/pol.20210328
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