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

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.

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。

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。