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环氧树脂具有许多的优良性能,广泛地应用于各个领域,但随着全球石油资源的日益衰竭,人们环保意识的增强,对环氧树脂的生产工艺的要求越来越高。环氧树脂生产工艺的清洁化及改性已经得到了人们的关注,而以天然可再生的环氧植物油对环氧树脂进行改性更是成为了研究的热点。 本研究工作包括: (1)用二氯异丙醇(DCP)代替环氧氯丙烷(ECH)为原料,合成了生物质基环氧树脂(简称DCEP)。该生产过程省去了ECH的制备,大幅度减少了ECH生产过程中废水及相关污染物的排放。 (2)制备了磺酸基功能化微球硅胶催化剂,催化合成环氧大豆油(ESO)。 (3)用ESO对DCEP进行改性研究,考察原料配比、固化条件对固化材料性能的影响。合成路线及主要结论如下: 以双酚A和DCP为原料,在无溶剂的条件下滴加NaOH合成双酚A型环氧树脂。通过正交试验得到反应优化条件,又进一步考察了物料配比、碱的浓度、滴碱时间及催化剂单因素对反应的影响,得到优化反应条件为物料配比n(双酚A):n(DCP):n(NaOH)=1:3:6.3,碱的浓度为20 wt%,滴碱时间为2 h,反应温度为60℃,反应时间为6 h。所得产品环氧值为7.05%,产率达到91.3%,并用FT-IR、1H NMR、HPLC对合成的产物进行表征。产品性能与商品E-44相当。 制备了不同3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)负载量的磺酸基功能化微球硅胶,并利用SEM、FT-IR、13C NMR CP/MAS等对其进行表征。用所制备磺酸基功能化微球硅胶为催化剂合成 ESO。优化反应条件为大豆油:双氧水(50%):乙酸:催化剂(MPTS负载量为75 wt%)=1:0.5:0.07:0.1(质量比),75℃,7 h。所得产品环氧值达到6.5%。催化剂重复使用6次活性未明显下降。对大豆油双键环氧化反应动力学研究,得到75℃时大豆油反应级数为拟一级。 以ESO和DCEP为原料,按不同的配比混合,将常用环氧树脂固化剂进行对比实验分析,选取四氢苯酐(THPA)为固化剂,2-甲基咪唑为促进剂,固化过程为100℃/2 h、140℃/3 h、160℃/1 h,合成ESO改性环氧树脂。采用FT-IR对产物的结构进行表征,用拉伸试验和冲击试验对产物进行力学性能进行表征,用TG、DSC对产物热性能进行分析,结果表明,ESO和DCEP发生了交联反应形成了新的网状结构,使得DCEP的力学性能有了很大的提高。ESO含量为25%的固化产物的拉伸强度由43.57 MPa增加到58.64 MPa,冲击强度由22.97 kJ·m-2增加到35.12 kJ·m-2。随着ESO含量的增加,产物力学性能呈下降趋势,热稳定性也有了一定的下降,ESO含量为25%的改性树脂综合性能较好。