项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

李以东

项目受资助机构

西南大学

项目编号

51703188

立项年度

2017

立项时间

未公开

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

25.00万元

学科

工程与材料科学-有机高分子材料-高分子材料与环境

学科代码

E-E03-E0306

基金类别

青年科学基金项目

关键词

环氧大豆油树脂 ; 生物基高分子 ; 生物基环氧树脂 ; 生物基尼龙齐聚物 ; 聚合物结构与性能 ; Biobased polymer ; Cured epoxidized soybean oil resin ; Biobased epoxy resin ; Biobased nylon oligomer ; Polymer structure and property

参与者

简新懿；司万杰；陈嘉慧；程泉勇；赵桐辉

参与机构

西南大学

项目标书摘要：解决石油基环氧树脂不可再生、安全性差、难处理等问题的重要途径是开发高性能生物基环氧树脂。针对来源丰富的生物基环氧植物油树脂由于分子链柔顺性高、交联密度大、不结晶等导致的力学强度低、韧性与耐热性差等问题，本项目提出设计合成结晶性长链固化剂，使其与环氧大豆油固化后结晶，增强环氧大豆油树脂的力学强度与耐热性，同时通过固化剂链长的增加降低其交联密度，实现增韧。拟以来源于蓖麻油的癸二酸与癸二胺为单体，制备尼龙1010齐聚物，将其与环氧大豆油反应制备全生物基环氧树脂；通过研究齐聚物分子量、端基结构、原料配比与催化剂等对固化反应过程以及产物分子结构、交联密度与凝胶率等近程结构的影响，以及研究环氧植物油树脂的近程结构与成型工艺及后处理等对其聚集态结构与性能的影响，揭示其结构与性能调控的关键技术，建立结晶增强环氧植物油树脂的相关理论，为该类材料实际应用提供理论与技术支持。因此，本项目兼具科学意义与实用价值。

Application Abstract: The important solution to overcome the issues of non-renewability,toxicity,non-degradability and non-recyclability with respect to traditional petroleum-based epoxy resin is to develop high-performance and biobased epoxy resins.The cured epoxidized plant oil(EPO)resin usually shows low mechanical strength,poor toughness and low heat resistance,due to the flexible molecular chains,high crosslink density and amorphous structure.We propose a way of reinforcing mechanical property,and heat resistance,and toughness of the EPO resin by increasing the chain length of curing agent to make it crystalline after curing with EPO.On one hand,crystallization of curing agent forms high stiff crystals with high melting temperature,which could not only reinforce the mechanical strength but also improve the heat resistance of the EPO resin.On the other hand,the crosslink density of the EPO resin could be reduced by increasing length of the curing agent,which would cause an improvement in toughness.Therefore,high performance EPO resin with high strength,toughness and excellent heat resistance is anticipated by this technique.In order to keep the biomass content of the EPO resin,we plan to prepare biobased nylon 1010 oligomers with different molecular weights and terminal groups from castor oil derived sebacic acid and decamethylene diamine.We will study the effect of molecular weight and terminal groups of nylon oligomer,feed ratio of oligomer to epoxidized soybean oil,as well as type of catalyst on the curing mechanism,kinetics,and the structure,crosslink density,gel fraction and hydrogen bonding of the cured resin to discover the principles for structure design and optimal conditions for preparation of the resin.We will systematically investigate the effect of short-range structure of the epoxidized soybean oil(ESO)resin on its aggregated structure and physical properties to disclose the relationship in structure and properties of the novel crystalline ESO resin.Hopefully,the results of the proposal would enrich the fundamental principles in structure design and property regulation of fully sustainable epoxy resin from EPO.In addition,a fully biobased and high performance epoxy resin was anticipated after systematical investigation.Therefore,the proposal is of significance from viewpoints of both theoretical research and practical application.

项目受资助省

重庆市

项目结题报告(全文)

针对来源丰富的生物基环氧植物油树脂由于分子链柔顺性高、交联密度大、不结晶等导致强度低、韧性与耐热性差等问题，本项目提出引入长链结晶性固化剂，利用结晶提高环氧大豆油树脂的刚性，延长固化剂链长，降低环氧大豆油树脂的交联密度，从而增强并增韧环氧大豆油树脂的思路。为了不降低环氧树脂的生物基碳含量，我们利用来源于蓖麻油的癸二酸与癸二胺为原材料，设计合成不同分子量以及端基结构的聚酰胺1010齐聚物，将其与环氧大豆油反应固化，研究了分子量与端基种类对齐聚物与环氧大豆油固化反应的动力学以及固化产物结构、热性能、结晶性能、力学性能、稳定性与热稳定性等的影响。结果表明，固化反应速度随齐聚物分子量增大而降低，固化产物的结晶性则随齐聚物分子量增大而增强，同时，固化产物的交联密度随着齐聚物分子量增大而降低，其拉伸强度与断裂伸长率均获得了极大程度地提升，随着齐聚物的结构与分子量的不同，固化产物的拉伸强度最高可达28MPa,断裂伸长率可达370%,由于聚酰胺1010齐聚物的熔点很高，材料在100°C以下，表现出较高的储能模量，耐热性较好，此外，其热稳定性极佳，初始分解温度大于350°C。将上述设计思路应用于蓖麻油基聚氨酯的增强与增韧改性，从而实现蓖麻油基聚氨酯增强与增韧改性。另外，在上述研究基础上，将动态共价键引入，结合植物油基高分子的增强与增韧，开展了高性能可加工的植物油基高分子材料的创新研究，合成了结构与性能可控的可热塑加工的环氧大豆油动态交联网络新材料。相关研究成果丰富了植物油基高分子材料的高性能化方面的基础理论。本项目资助下，已在ACS Sustainable Chem Eng,Sci China Mater与Polymer等杂志发表SCI论文8篇，获1项授权国家发明专利，培养硕士研究研究生5人，有两人以顺利毕业。经过三年的系统研究，完成了本项目的研究任务，达成了预期研究目标。