从化石基到生物基AESO–TiO2微复合材料用于工程应用

该文档主要研究了一种绿色复合材料的制备、结构表征、形态学、润湿性以及热和介电行为。该复合材料由环氧化和丙烯酸化大豆油（AESO）配方制成，包含5%的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）作为反应稀释剂，2%的TiO2微粒作为填料，以及0.15 mL的三乙胺作为催化剂。研究的目的是在不使用有毒固化剂的情况下，获得一种初始基体配方粘度降低的微复合材料。

材料制备与表征
该材料通过热固化获得，研究表明其组分在固化基体中表现出良好的相容性。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析，发现复合材料中Ti-O-Ti振动的峰值较弱，并向更高波长（640 cm−1和540 cm−1）移动，这表明TiO2微粒成功地掺入了AESO基体中。FT-IR光谱还显示出在3000-3750 cm−1范围内的峰值可能对应于不同氢键之间的-OH实体的伸缩振动，而1640 cm−1的峰值对应于TMPTMA的末端C=C键，这些键在固化反应中被消耗。

热和形态学特征
热重分析（TGA）显示，与纯固化基体相比，复合材料中2%的填料提高了热稳定性，表现为较低的质量损失（48.89%对比57.14%）和更高的降解温度（395°C对比387°C）。玻璃化转变温度（Tg）和接触角也分别从-20°C增加到-10°C和从88°增加到96°，使得微复合材料表现出疏水性。

介电特性
宽带介电光谱（BDS）分析表明，复合材料的介电常数（ε’）高于固化基体，这可能是由于TiO2填料的引入增加了可极化单元。介电损耗（ε’'）参数在基体和复合材料之间保持相似，表明材料在储存电荷的能力上有所提高，同时保持低介电损耗以最小化能量耗散。

方法学
研究中使用了多种分析技术，包括：

• 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）：用于分析化学结构和官能团变化。
• 热重分析（TGA）：用于评估材料的热稳定性和降解行为。
• 差示扫描量热法（DSC）：用于测量玻璃化转变温度和热固化过程。
• 扫描电子显微镜（SEM）：用于观察材料的形态和微观结构。
• 宽带介电光谱（BDS）：用于研究材料的介电特性。

结论与贡献
该研究成功制备了一种绿色复合材料，展示了其在热稳定性、介电性能和疏水性方面的优越特性。研究结果表明，这种微复合材料在保护涂层、电容器、传感器和电子电路中具有潜在应用。通过不使用有毒固化剂和降低初始粘度，该研究为绿色材料的开发提供了新的思路和方法。

术语解释

• 环氧化和丙烯酸化大豆油（AESO）：一种通过化学改性大豆油制得的生物基聚合物，用于制备热固性树脂。
• 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）：一种常用的反应稀释剂，能够降低树脂的粘度并参与交联反应。
• 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）：一种用于识别化合物中化学键和官能团的光谱分析技术。
• 热重分析（TGA）：一种用于测量材料在加热过程中的质量变化的技术，以评估其热稳定性。
• 差示扫描量热法（DSC）：一种用于测量材料的热特性，如玻璃化转变温度和熔融温度的技术。
• 扫描电子显微镜（SEM）：一种用于观察材料表面形态和微观结构的显微技术。
• 宽带介电光谱（BDS）：一种用于测量材料介电常数和介电损耗的技术，以评估其电性能。

通过这些分析方法，研究全面揭示了该绿色复合材料的结构、热和电性能，为其在实际应用中的潜力提供了科学依据。