基于2,5-呋喃二甲酸的生物基环氧树脂的合成及其自增韧改性研究
结题报告
批准号:
51373194
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
刘小青
学科分类:
E0306.高分子材料与环境
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
汤兆宾、S·Saqib·Shams、江艳华、吴(由页)、樊利波、邓俊、李超、曹丽军
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中文摘要
以可再生资源为原料合成高分子材料具有节约资源和保护环境的双重功效,是当前高分子领域的一个重要发展方向。目前有关生物基热固性树脂的研究相对较少。以石油基双酚A为主要原料的双酚A类环氧树脂占通用环氧树脂总产量85%以上,由于该类环氧树脂潜在的生理毒性,已被禁止用于与食品或人体接触。由淀粉或纤维素水解、氧化而来的2,5-呋喃二甲酸在化学结构上与双酚A具有相似性,通过结构设计,预计可以得到与双酚A环氧树脂性能接近的生物基环氧树脂。本项目拟以2,5-呋喃二甲酸为原料,合成系列生物基环氧树脂和固化剂,并研究其固化物的热、力学性能,建立结构与性能的关系,为合成高性能生物基环氧树脂提供新原料和新方法;通过D-A加成反应在呋喃环上引入柔性侧链,在不改变环氧固化物交联密度及骨架刚性的情况下,得到自增韧的环氧树脂,研究环氧树脂新的增韧机理,为高性能生物基环氧树脂的分子设计提供新的理论依据,归纳和总结一般规律。
英文摘要
Due to the fact that the conversion of biomass to useful polymers or composites has considerable economical and environmental values,the synthesis of bio-based polymers is an important subject. Nowadays, the research on bio-based thermosetting resins has been overlooked compared with the research on bio-based plastics. Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA), which represents more than 85% of the epoxy precursors in the world, is almost dependent on fossil resources and appears to be toxic to living organisms. It's application has been strictly limited in many countries. 2,5-furandicarboxylic acid is an important platform chemical derived from cellulose or starch, which possesses the similar chemical structure to that of bisphenol A.It is possible for us to synthesize the bio-based epoxy from 2,5-furandicarboxylic acid with comparable properties to that of DGEBA. In this proposal,2,5-furandicarboxylic acid is employed as the starting material to synthesize the bio-based epoxy and curing agents. After the properties of this novel epoxy system were investigated, the new method about how to design and synthesize high performance bio-based epoxy will be provided. Furthermore,the long soft molecule will be introduced to the epoxy system via D-A reaction to promote its mechanical properties of toughness. The self-toughening mechanism of this new epoxy will be carefully studied and the regular pattern will be disclosed.
生物基高分子材料具有节约资源和保护环境的双重功效,是当前高分子领域的一个重要发展方向。如何选择合适的平台化合物,实现生物基高分子材料的高性能化和功能化,使其综合性能与石油基产品相媲美,是一个重要的研究课题。本项目以生物基芳香类单体,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)为主要原料,1)合成制备了2,5-呋喃二甲酸二缩水甘油酯(DGT),研究发现,相对于结构相似的对苯二甲酸缩水甘油酯(DGT),由于FDCA具有更高的刚性,DGF在固化之后有更高的玻璃化转变温度和力学强度;2)合成并对比研究了2,5-呋喃二甲醇缩水甘油醚(BOF)和间苯二甲醇缩水甘油醚(m-BOB)、对苯二甲醇缩水甘油醚(p-BOB),发现BOF固化物中更多的氢键和呋喃环本身的不对称结构是导致BOF固化物具有更高玻璃化温度的主要原因;3)通过D-A加成反应在BOF上接枝侧链基团制备得到了自增韧环氧树脂,当侧链基团的接枝率低于50%时,BOF固化物的冲击强度可提高85%,而玻璃化温度和强度基本保持不变;4)合成了基于FDCA的不饱和聚酯及基于糠胺的高性能苯并噁嗪树脂,研究发现生物基呋喃化合物完全有望替代对苯二甲酸用于高性能树脂的合成,而且由于呋喃环中氧杂原子的存在,热固性树脂体系中会形成更多氢键, 从而使其具有更好的热力学性能。.以上研究结果为我们以FDCA为原料合成新型的高性能生物基树脂提供很好的理论基础,同时由于呋喃环中氧杂原子和共轭双键的存在,为生物基树脂的功能化提供了更大的想象空间。
期刊论文列表
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Hexahydro-s-triazine: A Trial for Acid-Degradable Epoxy Resins with High Performance
六氢均三嗪:高性能酸降解环氧树脂的试验
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b00030
发表时间:2017-06-01
期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:8.4
作者:You, Shusen;Ma, Songqi;Zhu, Jin
通讯作者:Zhu, Jin
2,5-Furandicarboxylic Acid- and Itaconic Acid-Derived Fully Biobased Unsaturated Polyesters and Their Cross-Linked Networks
2,5-呋喃二甲酸和衣康酸衍生的全生物基不饱和聚酯及其交联网络
DOI:10.1021/acs.iecr.7b00049
发表时间:2017-03-15
期刊:INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
影响因子:4.2
作者:Dai, Jinyue;Ma, Songqi;Zhu, Jin
通讯作者:Zhu, Jin
DOI:10.1002/app.44219
发表时间:2016-12-10
期刊:JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
影响因子:3
作者:Li, Tingting;Liu, Xiaoqing;Zhu, Jin
通讯作者:Zhu, Jin
Synthesis of high performance polybenzoxazine networks from bio-based furfurylamine: Furan vs benzene ring
从生物基糠胺合成高性能聚苯并恶嗪网络:呋喃与苯环
DOI:10.1016/j.polymer.2017.06.075
发表时间:2017-07-28
期刊:POLYMER
影响因子:4.6
作者:Shen, Xiaobin;Dai, Jinyue;Zhu, Jin
通讯作者:Zhu, Jin
Synthesis and properties of a bio-based epoxy resin from 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA)
2,5-呋喃二甲酸(FDCA)生物基环氧树脂的合成及性能
DOI:10.1039/c5ra00242g
发表时间:2015-01-01
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Deng, Jun;Liu, Xiaoqing;Zhu, Jin
通讯作者:Zhu, Jin
Ti3C2Tx MXene在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)缩聚反应中的催化机理研究
科学基金人才类项目分类评审指标体系研究
碳纤维/可回收环氧树脂基复合材料RTM成型汽车件设计、制造基础理论与关键技术
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