В качестве основных добавок для модификации межфазных границ между неорганическими наполнителями и органическими матрицами титанатные связующие агенты добились в последние годы значительного прогресса в таких областях, как точное молекулярное конструирование, функциональное расширение и подготовка к сырью, обеспечивая надежную поддержку для улучшения характеристик и расширения областей применения композиционных материалов.
На уровне молекулярного дизайна исследователи добились целенаправленной оптимизации активности, устойчивости к атмосферным воздействиям и совместимости, контролируя координационную среду центрального атома титана и структуру окружающих сложноэфирных групп. Традиционные моноалкокси-титанаты до сих пор широко используются из-за их высокой реакционной способности и простоты синтеза, но они склонны к гидролизу и дезактивации во влажной или -температурной среде. Чтобы устранить это ограничение, хелатирующие и координационные структуры стали горячей темой.-Введение хелатирующих лигандов, таких как -дикетоны и ацетилацетоны, могут образовывать стабильные пяти- или шести-членные кольца, эффективно защищая нуклеофильные центры в титановом центре, значительно улучшая устойчивость к гидролизу и термическую стабильность. Некоторые продукты могут сохранять активность более 90% при температуре 85 градусов и относительной влажности 90%. Кроме того, путем прививки длинноцепочечных алкильных групп, ароматических углеводородных групп или реакционноспособных функциональных групп (таких как эпоксидные группы и малеиновый ангидрид) можно добиться точного соответствия полиолефинам, конструкционным пластикам и системам смол, которые должны участвовать в реакции отверждения, реализуя слияние на молекулярном-уровне границы раздела "неорганический-органический".
Инновации в процессах синтеза привели к широкомасштабному-получению высокоэффективных-титанатов. Традиционные методы растворителей страдают от высокого потребления органических растворителей и высоких выбросов отходов. Недавние исследования были сосредоточены на-синтезе без растворителей, микроволновых-реакциях и замене сырья на биологической-основе. Например, используя реакции переэтерификации,-катализируемые твердой кислотой, можно добиться эффективной конверсии эфиров тетраалкилтитаната и жирных кислот в условиях отсутствия растворителей,-увеличивая выход до более чем 92%. Технология микроволнового излучения за счет увеличения частоты столкновений молекул сокращает время реакции с нескольких часов до десятков минут, снижая потребление энергии примерно на 40%. Замена нефтяного-сырья жирными кислотами растительного-производства при синтезе сложноэфирных сегментов не только снижает выбросы углекислого газа, но и придает продуктам лучшую биосовместимость, закладывая основу для высокотехнологичных-применений, таких как фармацевтическая упаковка и материалы, контактирующие с пищевыми продуктами.
Исследования функционального расширения преодолели единственную цель — традиционную модификацию интерфейса. Недавние результаты показывают, что некоторые сложные эфиры титаната могут одновременно улучшать огнестойкость (предельный кислородный индекс увеличивается на 15%-20%), теплопроводность (теплопроводность увеличивается более чем на 30%) и электрическую изоляцию композиционных материалов за счет контроля дисперсии наполнителя и передачи межфазных напряжений, демонстрируя потенциал в таких областях, как упаковка аккумуляторов транспортных средств на новых источниках энергии и компоненты рассеивания тепла для связи 5G. Кроме того, новым направлением становятся быстродействующие связующие на основе эфиров титаната; их молекулярная структура может регулировать прочность межфазного соединения в зависимости от изменений температуры, pH или света, что дает новые идеи для разработки адаптивных композитных материалов.
Хотя в ходе исследований были достигнуты некоторые прорывы, связующие на основе эфиров титаната все еще требуют дальнейшего изучения с точки зрения долгосрочной-стабильности в экстремальных условиях, низкой-затратности крупномасштабного-приготовления и экологичности на протяжении всего жизненного цикла. В будущем объединение молекулярного моделирования с искусственным интеллектом, технологией зеленого катализа и междисциплинарными прикладными исследованиями будет способствовать дальнейшему продвижению их к высокой производительности, многофункциональности и устойчивости, постоянно расширяя возможности инноваций в индустрии новых материалов.
