环氧树脂因其优异的综合性能而被广泛应用，且被认为是具有战略意义的热固性材料。然而，目前环氧树脂存在着韧性和强度互相制约、难以同时提高的问题，尽管对高强、高韧环氧热固性树脂的需求巨大，但提供能够同时提高其机械强度和韧性的策略仍然是一个挑战。

  近日，大连理工大学蹇锡高院士团队的翁志焕教授以生物基厚朴酚为原料，采用简单、高效的两步法制备了含有两个活性酯基的生物基环氧前驱体(MGOE-EP) （图1）。其次，采用常用的芳香胺固化剂4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)，通过自催化控制的分级固化过程，形成独特的双负载分担环氧热固性网络。固化机理如图2所示，在135℃，环氧基团与胺基反应形成单交联网络，未反应的环氧单体被均匀的固定在网络中。随后在更高的固化温度下，，胺基反应生成的叔胺催化自固化反应（酯基固化环氧），“原位”形成自生长相分离。研究发现，在芳香胺固化含乙酰酯侧基的环氧体系中，只需调节胺类固化剂和酯基的比例，就可以很容易地控制“原位”自增长相分离的形态以及氢键相互作用，从而使树脂同时具有较高的强度和韧性 （图2）。与自固化的体系相比，胺基和酯基比例为1：1的体系的冲击强度达到了66.4 kJ/m²(提高了1375.6%)，硬度为412 MPa(提高了22.2%)，弯曲强度为154 MPa(提高了31.6%)。与石油基的双酚A型环氧树脂相比，其冲击强度、硬度和弯曲强度分别提高了179.0%、54.9%和46.7%（图3），这是传统增韧的方法难以达到的。该策略的成功应用为构筑多功能高性能热固性体系提供了新的思路。该工作以“Engineering double load-sharing network in thermosetting: Much more than just toughening”发表在Macromolecules上。论文第一作者为大连理工大学化工学院博士生曹旗，通讯作者为翁志焕教授。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目和中央高校基本科研业务费的共同资助支持。

图1 环氧前驱体的合成路线

图2  增强和增韧机制及其形貌表征。

 图3  热机械性能和机械性能。

  这是该团队高性能可持续高分子材料设计与开发的进展之一。该团队设计、制备了一系列结构新颖的生物基环氧树脂前驱体，并通过固化剂及固化工艺优化，对环氧树脂的多功能化和高性能化进行探索。比如，所制备的环氧树脂具有高耐热性、自增韧、本征阻燃的形状记忆等特点（Nature Communications, 2019, 10: 2107；Chemical Engineering Journal, 2020, 387: 124115；Chemical Engineering Journal, 2021, 406: 126881；Composites Part B: Engineering, 2021, 214: 108749和Chemical Engineering Journal, 2022, 433: 134512 等）。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01599

  下载：Engineering double load-sharing network in thermosetting: Much more than just toughening