生物基热固性环氧树脂的现在与未来

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1、生物基热固性环氧树脂的现在与未来本文是发表于ChemicalReview上的一篇对于以往利用各种生物质制备环氧树脂单体与固化剂的方法的总结性文章。热固性环氧树脂，一种拥有三维交联结构的高分子化合物。因为它机械性能强、耐腐蚀性好，被广泛应用于国民经济的各个方面。但是目前石油资源的日益匮乏、环境的日益恶化，显然，单纯的依靠石化业来提供化工原料已经是不能满足时代的要求。加之，作为传统环氧树脂的代表性原料之一：双酚A,由于它的毒性，它已经被很多国家禁止用于生产水杯、管道等。基于以上种种原因，学术界和工业界都在积极寻找获得环氧树脂原料的新方法。本文对以往制备单体和交联剂的方法做了十分详尽的

2、阐述，既有利用传统石化产品制备单体与交联剂的方法，也有从淀粉、糖类、氨基酸、丹宁到几丁质、植物油、木质素等等制备单体与固化剂的方法。在此，仅说明文章里利用各种生物质的方法和一些工业化应用前景。天然的多酚类化合物：作者列举了单宁酸、而耐酸、没食子酸和腰果酚这几种物质。但是目前，利用单宁酸、而耐酸和没食子酸的方法还处于起步阶段，得到的产物性能也不尽如人意。相比之下，腰果酚的应用则有着另一番风景。腰果酚是农业生产中的副产物，在以前甚至可以说是一种废弃物，但是它与从石油中提取的多酚类物质的性质十分接近，是石化产品的理想的替代物。它在腰果壳在中的含量极高，这也是其名称的由来。它主要以四种形

3、式存在，腰果酚、腰果酚酸、腰果酚醇以及屮基腰果酚醇。从分子结构，我们可以看出，因为其分子内同时含有脂肪族和芳香族结构，这与由石油中提取的多酚类化合物类似，所以它极有可能成为石化产品的替代物。实际上，腰果酚本身就混有一定量的双酚A类化合物，这就可以在生产过程中少用甚至不用双酚A。目前,PPG公司已经在使用腰果酚生产环氧树脂，且达到了一定的规模。我们可以用酶催化氧化的方法来制备腰果酚环氧单体，也可以由与ECH的反应直接制得，方法很多。加之由腰果酚制得的环氧树脂的耐磨性、耐化学腐蚀性和柔韧性都有较大幅度的提高，腰果酚制备环氧树脂单体前景广阔。木质纤维素：木质纤维素是由木质素、半木质素和

4、纤维素以共价键的形式形成的天然高分子化合物，在以前也有学者做过这方面的研究，但是并没有得到推广。分析原因如下:一，木质纤维素的分子结构，十分稳定，很难被裂解成有用的小分子单体，且裂解过程耗能巨大，成本上不合理；二，木质素广泛用于造纸业，很少有人关心木质素的附加值到底有多高。以上这两个原因，造成了多年来木质纤维的严重浪费。但近些年随着提取木质素的工艺的进步，木质素的价值愈加受到人们的重视。Hitachi成功制备出了一种足以与传统双酚A型媲美的单体，在阻燃方面，其性能甚至更优于传统树脂。一家名为AracoCorp的口本企业，已经将这种木质素单体与传统单体相混，得到了一种耐热阻燃的材料

5、。考虑到木材的大量供应，以及价格的低廉，木材极有可能成为化工业新的原料来源。淀粉和糖类：能用于环氧树脂生产的大致包括山梨醇、麦芽糖醇,乳酸、琥珀酸、衣康酸，蔗糖，壳聚糖以及赖氨酸等。合成方法多样,但是就其最终的产物性能来说，并不如以上所列举的各类。且我认为淀粉和糖类基本是作为粮食，如果作为化工原料是否会影响食品价格的稳定？所以，我认为糖、淀粉这类物质，潜力不大。植物油：利用植物油代替矿物油，已经有很多人做过尝试，且取得了一定的收获。例如：大豆油，它早已经应用于化工合成的许多方面，合成岀的产品性能与传统的产品基本无差。但是我认为植物油的种类多样，桐油、棕欄油等，各个地区的原材料不同

6、，各地如果能因地制宜，充分利用当地的资源，不局限于某一类或一种原料，那化工生产，包括环氧树脂的生产，一定可以大大降低成本，月•达到一种循环可持续的模式。祜烯：帖烯，或者称为柠檬烯，顾名思义，在柑橘类水果的果皮中含量极高。同腰果酚一样，它一直没能引起人们的兴趣。在盛产柑橘类水果的地区，例如地中海地区，每年单是废弃的柑橘皮就有50到60万吨。相比于木质素，它可以直接经蒸憾获得可用的单体，省去了裂解的环节。此外，菇烯本身含有香味，如果制作成生活用品，极有可能获得很多的关注。冃前，有的研究人员C经制得了带有单环氧和双环氧基团的祜烯单体。但是，这一成果还仅仅停留于实验室阶段，距离真正的工业

7、化还有一大段距离。松香：松香作为一种天然的树脂，近些年来在化工生产中应用越来越广。松香含有四种基本的成分，松香酸、海藻酸、松香烷、半日花烷。基于以上四种结构，可以开发出很多的衍生物。从两方面来说,这既是优点，也是缺点。从一方面来说，我们可以得到多中多样的化合物，提高了松香的附加值；从另一方面来说，松香在自然环境中就有可能已经反应，对分离和提纯造成了不小的困难。就如作者所说的那样，松香很有发展前景，但是苦于被提纯的技术所限制，各项优异的性能例如，由于它的环状结构为它带来的刚性，并没