摘 要

环氧树脂是应用最广泛的一种热固性树脂，它的性能特点突出：具有良好的耐药性、强的附着能力、优质的绝缘性、耐磨性能强、高的力学强度、反应物尺寸适当等。环氧基团是环氧树脂的代表基团，它们固化所用的固化剂多种多样，并能形成功能结构不同的多种高聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物化性能，在灌浆、绝缘、防火、防腐和防辐射等领域的应用极为广泛。

由于双酚A类环氧树脂原料双酚A具有不可持续性和毒性问题，对环保型、可持续型环氧树脂替代双酚A类环氧树脂的研究便显得及其重要。目前，生物基原料合成环氧树脂是解决这一问题的最切实的方法，本课题着眼于粘胶废液中大量半纤维素的综合利用，主要对半纤维素基环氧树脂的制备及力学性能进行试验和分析。本文研究内容如下：

（1）以半纤维素聚醚（由废液中提取的半纤维素与环氧化合物制备）为原料，与环氧氯丙烷经一步开闭环反应成功制备了羟烷基半纤维素环氧树脂。反应条件为n(ECH)：n(羟基)：n(NaOH)=7：1：1，温度为37℃，反应3h，保温1h。产物经过滤、减压蒸馏得到羟烷基半纤维素环氧树脂，羟乙基产物环氧值在0.10-0.15 eq/100g范围内，羟丙基产物环氧值在0.17-0.27 eq/100g范围内。羟烷基半纤维素环氧树脂进行红外、核磁分析，证实了聚醚与ECH反应，且通过热重分析证实半纤维素环氧树脂比半纤维素聚醚多元醇有着更好的热稳定性。

（2）将两个系列不同比例环氧树脂产品、固化剂与E51混合，固化后进行抗拉伸性能和抗冲击性能的测试，结果发现添加羟乙基半纤维素环氧树脂相较于空白样品，抗拉伸强度增幅在12%以上，抗冲击强度增幅超过50%，最佳添加量为7.5%。羟丙基系列的添加使得抗拉伸性能降低，但有利于固化后的抗冲击性能，提升幅度超过50%。由此可见，羟丙基系列有利于提高材料强度但制品较塑性较差，相较而言，羟乙基半纤维素环氧树脂即提高了制品强度而且提高了制品塑性，在环氧树脂领域有良好的应用前景。

关键词：生物基环氧树脂、羟乙基半纤维素、羟丙基半纤维素、力学性能

Abstract

Epoxy resin is the most widely used thermosetting resin, with good chemical resistance, strong adhesion, excellent insulation, abrasion resistance, high mechanical strength, dimensional stability after reaction and strong radiation resistance and so on. The molecular structure of epoxy resin is characterized by the presence of lively epoxy groups in the molecular chain. Because of the active epoxy groups in the molecular structure, they can cross-react with various types of curing agents, thus Forming an insoluble three-way network structure of the polymer. After curing the epoxy resin has good physical and chemical properties, in the material bonding, grouting, insulation, fire, corrosion and radiation and other fields have a wide range of applications.

The research on epoxy resins is mainly focused on the development of new epoxy curing agents, functionalized fillers and bio-based epoxy resins, respectively. As bisphonal A epoxy resin raw materials bisphenol A has unsustainable and toxic problems, environmentally friendly, sustainable epoxy resin instead of bisphenol A epoxy resin research and it is important. At present, bio-based raw materials synthesis of epoxy resin is the most practical way to solve this problem, not only can strengthen the plant waste, waste treatment capacity, but also for enterprises to increase economic income, and the product is environmentally friendly. The main results of this paper are as follows:

(1) separating the hemicellulose as the raw material by separating the waste liquid from the viscose fiber and etherifying the ethylene oxide in a semi-continuous high pressure reactor to obtain the hydroxyethyl hemicellulose ether; Preparation of Hydroxyethyl Hemicellulose Epoxy Resin by One - step Closed - loop Reaction with Cellulose Ether and Epichlorohydrin.

(2) The hydroxyl value of different proportions of hemicellulose polyether raw materials was determined by the method of determination of hydroxyl value in national standard polyether polyol, and the epoxy value of epoxy resin was determined by acetone method. Finally, a series of tests were carried out on the tensile properties and impact resistance of E51 with different dosage products and curing agent. The results showed that the product had good tensile and impact properties.

Keywords: bio-based epoxy resin、hydroxyethyl hemicellulose、viscose waste liquid、Mechanical properties

目 录

1.文献综述 1

1.1环氧树脂概述 1

1.2生物基环氧树脂国内外研究进展 4

1.3半纤维素的化学性质 7

1.3.1半纤维素概述 7

1.3.2半纤维素的综合利用 7

1.4课题的提出及创新之处 8

1.5本课题的主要研究内容 9

2.实验部分 10

2.1理论部分 10

2.2主要实验药品及仪器 11

2.2.1实验试剂 11

2.2.2实验仪器 12

2.3实验部分 12

2.3.1羟烷基半纤维素环氧树脂的制备 12

2.3.1.1一步法制备羟烷基纤维素环氧树脂 12

2.3.1.1两步法制备羟烷基半纤维素环氧树脂 13

2.3.2产物的表征与分析 14

2.3.2.1羟值的计算 14

2.3.2.2环氧值的计算 15

2.3.2.3羟烷基半纤维素环氧树脂的红外（IR）分析 15

2.3.2.4羟烷基半纤维素环氧树脂的核磁（¹H-NMR）分析 15

2.3.2.5羟烷基半纤维素环氧树脂的热重分析 16

2.3.2.6羟烷基半纤维素环氧树脂的固化性能 16

3.羟烷基半纤维素环氧树脂的制备 17

3.1引言 17

3.2结果与讨论 17

3.2.1 一步法与两步法的制备比较 17

3.2.2不同原料的环氧化结果 17

3.2.3半纤维素基环氧树脂红外分析 19

3.2.4半纤维素基环氧树脂热重分析 20

3.2.5半纤维素基环氧树脂核磁分析 21

3.3本章小结 22

4.羟烷基半纤维素环氧树脂的固化性能研究 24

4.1引言 24

4.2羟烷基半纤维素环氧树脂性能测试 25

4.2.1样条制备 25

4.2.2抗拉伸性能测试 26

4.2.2.1羟乙基半纤维素环氧树脂性能测试 26

4.2.2.2羟丙基半纤维素环氧树脂性能测试 27

4.2.3抗冲击性能测试 28

4.2.3.1羟乙基半纤维素环氧树脂性能测试 28

4.2.2.1羟丙基半纤维素环氧树脂性能测试 28

4.3本章小结 29

5.总结 31

致谢 32

参考文献 33

1.文献综述

1.1环氧树脂概述

在当今21世纪，随着资源的匮乏和人们环保意识日益加深，各界的目光就逐渐集中于对一些废物的利用。环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，环氧树脂固化后具有优异的力、电学和粘黏性能，广泛的应用于多种金属与非金属的黏结，防腐蚀、电气绝缘方面；是应用广泛的热固性树脂中的一种。

环氧基团是环氧树脂分子结构中的特征基团，该基团位于分子链的末端或中间，与固化剂反应可形成三维网状的热固型塑料。通常环氧树脂是在液态下使用的，由常温或加热促进固化过程，以达到使用目的，是应用量较大的一种热固性树脂。