天然產(chǎn)物在橡膠產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用是緩解石化資源緊張和熱帶雨林破壞的有效途徑。腰果酚從腰果的廢棄物中提取，它是一種間位含有飽和或不飽和長鏈烷烴的苯酚化合物，同時具有烷烴鏈的柔性和苯環(huán)的剛性，苯環(huán)、酚羥基、烷烴鏈賦予腰果酚多種反應(yīng)活性。研究者們利用腰果酚側(cè)鏈雙鍵與橡膠的接枝反應(yīng)，改善橡膠的加工性能和增強材料在橡膠基體中的分散性。然而，這些接枝反應(yīng)大多在甲苯溶劑中進行，需要繁瑣的提純并產(chǎn)生大量的廢液。因此如何通過環(huán)境友好的接枝改性方法制備腰果酚改性橡膠需要進一步研究。
圖1.(a) 腰果，(b) 廢棄的腰果殼，(c) 腰果酚的結(jié)構(gòu)式，(d) 腰果殼油，(e) 腰果酚結(jié)構(gòu)的反應(yīng)位點。
由于液體異戊二烯橡膠（LIR）官能團單一，常作為增塑劑或液體燃料。為了利用綠色環(huán)保的方法賦予LIR多官團，陳欽慧教授課題組通過無溶劑的接枝改性方法，引入腰果酚單體以增加液體異戊二烯橡膠的極性及其官能團的種類。UV、IR和 1H-NMR證實腰果酚已接枝到LIR分子上，添加0.2wt%的引發(fā)劑，腰果酚單體用量為7phr， 70 ℃條件下反應(yīng)12h，接枝率達6.01%。
圖2. (a) 紫外吸收光譜圖，(b) 紅外光譜圖，(c) 核磁氫譜圖。
腰果酚苯環(huán)的剛性和LIR的支化使橡膠的交聯(lián)網(wǎng)格變大，表現(xiàn)為腰果酚對LIR具有增塑效果，接枝產(chǎn)物的斷裂伸長率提高了800%，粘度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均比LIR低。腰果酚接枝液體異戊二烯橡膠中的酚羥基易與無機填料形成氫鍵，增強無機填料在橡膠基體中的分散性，二氧化硅在接枝產(chǎn)物中的分散性明顯優(yōu)于LIR。腰果酚接枝液體異戊二烯橡膠是一種綠色簡單的改性方法，價格低廉易于工業(yè)化生產(chǎn)，有望在橡膠工業(yè)中同時作為增塑劑和相容劑使用。
圖3.(a) LIR的交聯(lián)示意圖，(b) CA-g-LIR的交聯(lián)示意圖，(c) CA-g-LIR的粘度-剪切速率曲線，(d) DSC曲線。
該成果以“Solvent-free synthesis, plasticization and compatibilization of cardanol grafted onto liquid isoprene rubber”為題發(fā)表在Composites Science and Technology (CSTE, 2021, 215, 109027)上。論文的第一作者為福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院碩士生王鵬，通訊作者為陳欽慧教授。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353821003833
