新颖的生物基环氧化合物

新颖的生物基环氧化合物：使环氧化的脂肪酸蔗糖酯

摘要：

新颖的高功能性生物基环氧树脂由来自植物油脂肪酸的蔗糖酯环氧化反应(SEFA)合成。很多脂肪酸的蔗糖酯被过氧化氢和醋酸在离子交换树脂催化剂中提取的过乙酸环氧化制成的环氧化的脂肪酸的蔗糖酯。双键向环氧化合物的转化多于99%。产品特性已用基体协助激光解吸和电离分析时间，质谱分析法，霍氏转换红外光谱仪（FTIR）和核磁共振测定。物性用体积粘度，特性粘度和密度进行表征。热学性能有DSC和TDA表征。由于蔗糖酯包含蔗糖的核心完全由8个植物油脂肪酸替代，SEFAs和ESEFAs 都有定义明确的紧凑的大分子结构。作为新颖的生物基环氧树脂复合物，ESEFAs 有很高的环氧官能团（每个分子8-15个），高密度和紧凑的分子结构。而且，ESEFAs从通过交联环氧树脂官能团在生物基热固性材料的组成到环氧树脂官能团反应的衍生都很有前途。

1简介

可再利用的原材料的利用被看做是有利于可持续发展的绿色化学。植物油，是脂肪酸中自然产生的三酸甘油酯，占制备的生物基聚合物所需可再生原材料很大比例。碳水化合物是另一种典型的做绿色材料的原材料，将低分子量的碳水化合物做产品以取代石油基产品很有吸引力。

蔗糖是一个有8羟基官能团的二糖。将蔗糖与植物油脂肪酸结合以出产脂肪酸蔗糖酯以做涂层的车辆的第一次探索是在1960年。然而最近探索发现得到的8羟基官能团最大饱和度是7。当时的树脂无法商业化。在21世纪早期，Proctor& Gamble (P&G) Chemicals 发展了一种不同的将SEFA商业化的进程，饱和度至少7.7，并将其介绍到润滑油和油漆市场。SEFOSE （上述产品商标）蔗糖酯可用作粘合剂和活性填充剂。Fig. 1 有全取代的大分子结构。

环氧化合物是环醚类，也叫环氧乙烷，氧原子存在于三元环中。用脂肪化合物不饱和双键进行环氧化是最有用的修正方法之一，因为环氧化合物是稳定生成新官能团,通过加入亲核对环氧化合物开环可生成很多产品，如二醇，醚醇，酯醇，氨基醇。通过用醇对环氧化大豆油开环，用于聚氨酯的甘油三酸酯多元醇已被Petrovic成功制备。不饱和酸的环氧化反应被广泛用于通过丙烯酸和环氧化植物油(EVOs).反应合成油基自由基UV固化涂层树脂。

一般来说虽然有4种技术可用于通过烯分子生产环氧化合物，HCOOOH 或CH3COOOH是合成环氧化脂肪化合物最常用的。第一步是过氧酸的形成，第二步是双键环氧化。

最近，植物油动力学和副反应也用酸性离子交换树脂催化剂被研究，发现反应首先与双键数量有关，副反应被充分压制。双键向环氧化转变很高。催化剂，IR 120是一种酸性离子交换树脂，是苯乙烯(98 wt%)被二乙烯基苯(2 wt%)交联得到的共聚物。酸度是由聚合物骨架的硫酸基官能团决定的。

由不饱和脂肪酸双键环氧化得到的环氧化合物为内环氧化物。杂环的碳都被另一个碳取代。最常用的环氧树脂是双酚A醚酯。这些树脂的官能团被称为外部环氧化物。杂环上四分之三的取代基是氢原子。因为大多树脂的固化反应中内部环氧比外部环氧化物活性低。通常环氧化油在含卤聚合物中充当稳定剂和塑化剂，为热固性塑料充当增韧剂。EVOs可用阳离子聚合固化以形成涂层。

本研究中四种从不同植物油提取的SEFOSE s蔗糖酯，用过氧乙酸环氧化了。其中过氧乙酸是用过氧化氢和乙酸在Amberlite IR 120H催化剂下生成的。在此研究中探索了环氧化前后蔗糖酯的分子结构，组成，双键/环氧含量，粘性和密度。

2.实验部分

2.1原材料

脂肪酸蔗糖酯由Procter& Gamble Chemicals (Cincinnati, OH)提供。乙酸(ACS，美国化学学会试剂,≥99.7%), 二乙烷基乙醚，(ACS 试剂,≥99.0%), 过氧化氢(在50 wt% 水溶液), Amberlite IR-120H 离子交换树脂，碳酸钠，(ACS 试剂), 无水硫酸镁(试剂级,≥97%) 购于Sigma-Aldrich, Inc. (St. Louis, MO)。所有材料未经更多处理。

2.2蔗糖酯的环氧化反应

反应在500mL四口瓶，装配机械搅拌器，氮气入口，热电偶和加料漏斗。蔗糖linseedate (170 g,0.07 mol) 含1.17 mol 双键，乙酸(35.1 g,0.585 mol), 和Amberite 120H (34 g, 蔗糖linseedate 的20 wt% ) 都加入反应烧瓶。乙酸：(H2O2)：双键摩尔比为0.5 : 2 : 1。The mixture was rapidly stirred and

nitrogen purged, and the temperature was raised to 55

◦

C.

Hydrogen peroxide (50 wt% aqueous solution, 160 g, 2.35 mol)

was added dropwise using an addition funnel at a rate such

that the reaction temperature was controlled in the range of 55–

65

◦

C. After the completion of the hydrogen peroxide addition,

the reaction was stirred at 60

◦

C for 30 min. The product was

transferred into a separatory funnel and allowed to cool to room temperature. After the aqueous layer was drained, the organic layer was diluted by 300 mL diethyl ether and washed