【文献解读】ACS Sustain. Chem. Eng.双咪唑鎓基离子液体衍生的新型环氧热固性塑料

环氧树脂是一类重要的热固型的高分子，它由于其良好的耐化学腐蚀性，高的耐热性以及杰出的机械性能，被广泛应用于涂料，粘合剂，电子器件，碳材料和玻璃材添加剂的领域当中。然而目前商业上使用环氧化的双酚A作为合成热固性塑料的环氧树脂的繁体，而双酚A已经被多次报道具有一定毒性及致癌性的。近年来已经发展出了很多生物基的双酚来取代双酚A来合成性质功能相近的塑料。而在热固性聚合物的领域，新型的离子液体单体作为合成环氧树脂是非常具有前景的，这是因为所合成的环氧树脂材料具有极其好的机械性能，气体和水的阻隔性能，抗细菌腐蚀和好的自我修复功能。

近日, 法国里昂大学Sébastien Livi教授课题组在ACS Sustainable Chemistry & Engineering 期刊上发文，提出了一种新的绿色可持续的合成双咪唑鎓基的的热固性环氧树脂，所合成的环氧树脂展现出了高的热稳定性(达到450 ^oC), 疏水性能(21 mJ/m²), 杰出的机械性能(Young’s 模量1.7 GPa)和良好的自我修复能力。

图文解读

首先作者先合成环氧树脂的离子液体单体4，合成路线如下：

然后作者将所合成的离子液体单体4固化，所选用的固化剂是商业上常用的异佛尔酮二胺IPD. 固化机理简单如下：IPD二胺上的氨基进攻离子液体上的环氧基团使其开环，发生C-N偶联反应最终形成叔胺基的环氧树脂。值得注意的是环开反应生成的羟基也具有强的亲核能力而进攻环氧基使其开环聚合，这是因为连接在叔胺上的羟基与叔氮直接含有氢键，而这就导致了该羟基具有很强的反应活性。

随后作者对所合成的离子液体基的环氧树脂进行了热性质的TGA和DSC表征：

TGA结果表明：相比较于商业上的常用的双酚A基的环氧树脂，所合成的离子液体基的环氧树脂展现出了很高的热分解温度大于450^oC, 而双酚A基的环氧树脂表现出了大约370 ^oC的热分解温度。

DSC结果表明：该离子液体基的环氧树脂展现出了低的玻璃态转换温度，而商业上的双酚A基的环氧树脂据报道它的玻璃态转化温度达到了170 ^oC。玻璃转换温度差别如此大的原因主要是双酚A分子两个苯环直接只有一个碳相连，而文章中报道的离子液体两个苯环之间是由多个脂肪链碳相连，提供了更多的可塑性，灵活性，因此这也导致了分子低的玻璃转换温度。

最后，作者对所合成的离子液体基的环氧树脂进行了柔韧性的测试，结果表明：该离子液体基的环氧树脂展现出了优异的灵活，可塑，可自我修复性能。它的Young’s 模量达到很高的1.63GPa. 如下图：

结论

• 本文提出了一种新型绿色可持续的合成双咪唑鎓基的的热固性环氧树脂的方法，所合成的环氧树脂展现出了优异的性能。

• 相比较于商业上的常用的双酚A基的环氧树脂，所合成的离子液体基的环氧树脂展现出了很高的热分解温度（大于450^oC）。

• 离子液体基的环氧树脂展现出了优异的灵活性，可塑性和可自我修复性。它的Young’s 模量达到较高的1.63GPa.

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