论文部分内容阅读
传统的环氧树脂主要来自于石油及其衍生物,但化石原料的不可再生和对环境造成的压力,使得生物质基可降解材料的发展越来越受到重视。植物油有来源广泛、成本低、可生物降解的特点,是生产生物质基环氧树脂的理想原料之一,符合绿色化学的发展要求。环氧化植物油（EVO）有很多传统石油基环氧树脂的特性,有很好的应用前景,但是EVO的内部环氧基活性较低使其在很多结构应用上缺乏硬度、强度等性能,在一定程度上限制了其应用范围。因此,研究带有末端环氧基的生物质基环氧树脂引起了科学界的兴趣。本论文以最简单的脂肪酸油酸（OA）为原料,其主要来源于动植物油脂中甘油酯的水解,是自然界中的可再生自然资源,制备生物质基环氧树脂环氧化油酸缩水甘油酯（EGO）,并研究了该环氧树脂的性能,主要进行的研究内容如下:首先,以OA、环氧氯丙烷（ECH）为原料,三乙基苄基氯化铵（TEBAC）和NaOH为催化剂,通过单因素实验优化合成油酸-2-羟基-3-氯丙酯和油酸缩水甘油酯（GO）的条件,以两步反应产物GO的环氧值和产率作为判断反应优劣的标准,同时采用红外、核磁、质谱来表征反应的产物。得到合成油酸-2-羟基-3-氯丙酯的最佳条件为:反应时间5 h,ECH:OA=10:1（摩尔比）,反应温度105℃,TEBAC:OA=0.005:1（摩尔比）;合成GO的最佳条件为:反应时间10 h,NaOH:OA=1:1（摩尔比）,反应温度50℃。在该最佳条件下得到的GO的环氧值是0.289 mol/100g,产率为88.71%。其次,以GO为原料,使用间氯过氧苯甲酸（MCPBA）和甲基三氧化铼（MTO）两种不同类型的催化剂进行催化环氧化反应,通过单因素实验结合正交实验方法,优化催化环氧化反应的工艺条件,确定最适宜的反应条件。MCPBA作催化剂,最优化的环氧化条件是:反应温度30℃,MCPBA:GO=2:1（摩尔比）,反应时间2 h,该工艺条件下制备的EGO环氧值是0.514 mol/100g。MTO作催化剂的最佳反应条件是:MTO:GO=0.001:1（摩尔比）,反应温度15℃,H2O2:GO=2.5:1（摩尔比）,助剂3-甲基吡唑（3-MePz）用量为3-MePz:GO=0.1:1（摩尔比）,反应时间4 h,该工艺条件下制备的EGO环氧值是0.536 mol/100g。比较两种催化剂的催化效果得出:MTO作催化剂的系统是在无溶剂条件下进行,不含有机酸;用H2O2作氧化剂,副产物是水,污染小;催化剂的催化活性较高,用的量少,条件温和,产物环氧值较高,且产物易分离。最后,以制备的新型环氧树脂EGO为原料,选取甲基六氢邻苯二甲酸酐（MeHHPA）和六氢苯酐（HHPA）这两种酸酐类固化剂,1-甲基咪唑（1-MI）和2-甲基咪唑（2-MI）这两种咪唑类催化剂,组成4组固化体系,构成12个固化实验,进行固化反应。分析固化机理知,固化过程中既发生酯化反应也发生醚化反应;聚合物的初始分解温度在300-315℃之间,EGO/HHPA/2-MI1%固化系统的介电常数最小（在1 MHz是2.50）,EGO/MeHHPA/2-MI3%固化系统的介电损耗最小（在1 MHz是0.0139）;EGO/HHPA/1-MI1%是所有系统中耐电击穿能力最强的可达22.96 kV/mm;在研究的正常情况下拉伸强度为2.87 MPa,断裂伸长率高达66.25%。