大豆油基缩水甘油醚环氧树脂的制备及性能研究

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本文以环氧大豆油为原料,以甲醇为开环试剂合成了大豆油多元醇,并通过羟基值及红外、核磁图谱来测定其结构,从而制备一定开环程度的多元醇,为之后的大豆油基缩水甘油醚环氧树脂的合成准备合适的原料。用作下一步反应的多元醇其羟基值为160.94mg KOH/g,通过红外和核磁谱图证实环氧大豆油中的环氧基确实发生了开环反应生成了羟基。   以上述自制的大豆油多元醇为原料,与环氧氯丙烷在催化剂的作用下,合成出一种新型的脂肪族缩水甘油醚。这个反应分为两个步骤:开环阶段和闭环阶段,为了得到性能优良环氧值高的大豆油基缩水甘油醚环氧树脂,必须要对反应条件进行讨论。本文分别对两个反应阶段的反应物配比、催化剂用量、反应温度、反应时间进行了探讨,从而确定了最佳反应条件为反应物n(OH-大豆油多元醇):n(环氧氯丙烷):n(NaOH)=1∶5∶5,催化剂(三氟化硼乙醚)用量为大豆油多元醇质量的0.4%,开环反应温度为50℃,开环时间为3h,闭环反应温度为35℃,闭环时间为3h,产物的最佳环氧值为0.23mol/100g,接近理论环氧值(0.29mol/100g)。为了表征产物的结构,对其进行了红外光谱及核磁氢谱的测试,在红外光谱图中,反应后3464 cm-1处OH基团特征峰的减弱以及910、840cm-1处环氧基的特征峰的出现,同时表明大豆油多元醇中的OH与环氧氯丙烷发生了反应,向大豆油链上引入了环氧基;核磁共振氢谱中d3.0-3.2 ppm和d3.5-3.7ppm处环氧基中-CH-CH2和-CH-CH2-的特征位移也证明了反应产物为目标产物大豆油基缩水甘油醚环氧树脂(AGEER)。   为了验证合成产物的使用性能,令合成的低粘度的大豆油基缩水甘油醚环氧树脂分别与三种不同的胺类固化剂在合适的条件下进行固化反应,即三乙烯四胺(TETA)(固化条件:60℃,5h)、间苯二甲胺(m-XDA)(固化条件:60℃,5h),三氟化硼乙胺络合物(BF3-MEA)(固化条件:120℃,2h+150℃,3h)。用红外光谱、示差扫描量热法、热重法等测试手段对其固化程度、固化行为、玻璃化转变温度、热稳定性等性能进行表征。由红外光谱图可以看出,用三种固化剂体系固化后,大豆油基缩水甘油醚与固化剂发生了交联反应,生成了交联网络结构。由固化过程的DSC图谱可以得出,三种固化剂体系固化反应活化能由高到低是AGEER/BF3-MEA、AGEER/m-XDA、AGEER/TETA,反应活性则反之。由固化产物的DSC图可以看出,三种固化物的玻璃化转变温度都在室温下,因此,它们属于弹性体具有很好的柔性。由TG图可以得出三种体系固化物的稳定性,其中,AGEER/BF3-MEA固化物的热稳定性最好,AGEER/m-XDA固化物次之,AGEER/TETA相对较差,但三者的分解温度都大于240℃,因此具有良好的热稳定性,能够满足日常生产与使用。   以自制的大豆油基缩水甘油醚(AGEER)和E44环氧树脂为原料,将AGEER与E44以不同的比例混合,用常用的固化剂三乙烯四胺进行固化反应,并通过红外光谱、示差扫描量热法、热重法、力学性能测试等测试手段,研究了不同AGEER与E44比例下固化产物的性能。E44与AGEER质量份数按100∶0,90∶10,80∶20,70∶30,60∶40,50∶50,40∶60,30∶70,20∶80九个不同比例在75℃时混合固化2h。由红外光谱图可以看出AGEER与E44树脂在给定的条件下发生了交联固化反应,得出了目的产物。由热性能测试可以看出,固化物具有良好的热稳定性能,且随着E44含量的增加,分解温度升高,这说明加入AGEER后略微降低了产物的热稳定性,但由于其分解温度依然在240℃以上,改性产物依旧能够满足日常使用。由力学性能测试可以看出,AGEER-E44共混固化产物具有良好的拉伸性能和抗冲击性能,这就证明AGEER的加入使得E44的柔软性得到了增加,从而达到了AGEER增韧E44的实验目的。
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