甲氧基蓖麻油基环氧树脂的合成与固化性能研究毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

甲氧基蓖麻油基环氧树脂的合成与固化性能研究毕业论文

2021-04-28更新

摘 要

本实验以蓖麻油为原料,通过四步反应制得甲氧基蓖麻油缩水甘油醚环氧树脂,探究得到最适宜反应条件为: n(蓖麻油):n(乙酸):n(双氧水)=1:3:3.3,催化剂阳离子交换树脂用量为蓖麻油质量的7.5%,反应温度60 ℃,反应时间4 h,制得环氧蓖麻油环氧值为0.18-0.20mol/100g。然后以n(环氧基团):n(甲醇)=1:10,XY-03催化剂用量为环氧蓖麻油0.5%,55 ℃保温反应2 h制得甲氧基蓖麻油多元醇,产物羟值为247.47 mgKOH/g。最后,将甲氧基蓖麻油多元醇与环氧氯丙烷发生开闭环反应,n(羟基):n(环氧氯丙烷):n(NaOH)=1:1.2:1,开环催化剂XY-03和闭环催化剂XY-02用量均为反应物质量的0.5%,开环温度70 ℃,开环反应时间2 h,闭环温度60 ℃,闭环反应时间3 h,制得甲氧基蓖麻油多缩水甘油醚环氧树脂,此时的产物的环氧值为0.20 mol/100g。

对产品甲氧基蓖麻油环氧树脂进行固化性能测试,并和常用的环氧树脂E-51作对比,结果表明,将蓖麻油基环氧树脂掺入到E-51中,可大幅度提高环氧树脂的拉伸和抗冲击性能。当掺入5%MCOGE时,固化物的固化性能较好,此时固化物拉伸强度和断裂伸长率较E-51相比分别提高了58%和84%,达到83.75 MPa、6.51%;弯曲强度略有提升,为126.67 MPa;抗冲击强度提高了1.3倍,达到29.09 MPa。

关键词:蓖麻油;甲氧基蓖麻油多元醇;环氧氯丙烷;多缩水甘油醚;固化性能

Synthesis and Curing Properties of Methoxy Equine Oil-Based Epoxy Resin

Abstract

In this experiment, castor oil was used as raw material to obtain methoxy castor oil glycidyl ether epoxy resin by four-step reaction. The optimum reaction conditions were as follows: n (castor oil): n (acetic acid): n (hydrogen peroxide) = 1:3:3.3, the amount of catalyst cation exchange resin was 7.5% of the quality of castor oil, and the reaction temperature was 60 ° C, and the reaction time was 4 h. The epoxy value of epoxy castor oil is 0.18-0.20 mol/100 g. Then, with n (epoxy group): n (methanol) = 1:10, the amount of XY-03 catalyst was 0.5% of epoxy castor oil, and the reaction was kept at 55 °C for 2 h to obtain methoxy castor oil polyol, and the value was 247.47 mgKOH/g. Finally, the methoxyl castor oil polyol occurs open-loop and closed-loop reactions with epichlorohydrin. n(hydroxy): n(epichlorohydrin): n(NaOH) =1:1.2:1, the amount of ring-opening catalyst XY-03 and closed-loop catalyst XY-02 were 0.5% of the mass of the reactants, and the ring-opening temperature is 70 °C for 2 h, and the closed-loop temperature is 60 °C for 3 h to obtain the methoxy castor oil polyglycidol. The epoxy value of the product is 0.20 mol/100 g.

The curing performance of the product methoxy castor oil epoxy resin was compared with the commonly used epoxy resin E-51. The results showed that the incorporation of castor oil-based epoxy resin into E-51 could greatly improve epoxy resin tensile and impact properties. When 5% MCOGE is blended, the cured product has better curing performance. At this time, the tensile strength and elongation at break of the cured product are increased by 58% and 84% compared with E-51 respectively, reaching 83.75 MPa and 6.51%. The bending strength was slightly improved to 126.67 MPa and the impact strength was increased by 1.3 times to 29.09 MPa.

Key words: Castor oil; methoxy castor oil polyol; epichlorohydrin; polyglycidyl ether; curing properties

目 录

1 前言 1

1.1 环氧树脂概述 1

1.1.1 环氧树脂定义 1

1.1.2 环氧树脂的分类 1

1.1.3 环氧树脂的发展与应用 2

1.2 生物基环氧树脂 2

1.2.1 大豆油基环氧树脂 3

1.2.2 衣康酸基环氧树脂 3

1.2.3 腰果酚基环氧树脂 4

1.2.4 松香基环氧树脂 4

1.2.5 蓖麻油基环氧树脂 5

1.2.6 其他生物基环氧树脂 6

1.3本论文的研究目的及内容 6

1.3.1 研究目的 6

1.3.2 研究内容 6

2 实验部分 8

2.1 实验原理 8

2.2 实验仪器 10

2.3 实验试剂 10

2.4 实验方法 11

2.5 分析方法 12

2.5.1 羟值的测定 12

2.5.2 环氧值的测定 12

2.5.3粘度的测度 13

2.5.4 核磁法检测 14

2.5.5 红外分析 14

2.5.6 固化性能测试 14

3 结果与讨论 16

3.1 环氧蓖麻油的合成 16

3.2 甲氧基蓖麻油多元醇的合成 16

3.2.1 原料配比对反应的影响 16

3.2.2 反应温度对开环的影响 17

3.2.3 反应时间对反应的影响 18

3.3甲氧基蓖麻油多氯表醇的合成 19

3.3.1开环温度对反应的影响 19

3.3.2开环时间对反应的影响 19

3.4甲氧基蓖麻油多缩水甘油醚的合成 20

3.4.1 闭环温度对反应的影响 20

3.4.2 闭环时间对反应的影响 21

3.5 产物的表征 22

3.5.1 核磁共振氢谱 22

3.5.2 红外谱图分析 24

3.6固化性能测定 26

3.6.1 拉伸性能测试 26

3.6.2 弯曲性能测试 27

3.6.3 冲击性能测试 28

结 论 29

致 谢 30

参考文献 31

1 前言

目前来说人类可以利用的主要能源之一是化石能源,属非再生能源。随着对它的不断利用和开采,已经引发了很多问题,包括:化石能源储量逐渐减少还有环境污染问题的愈加严峻。因此当务之急是寻找清洁再生的新型能源用来取代化石能源,目前被利用再生能源有水力、太阳能、风力、潮汐能、海洋温差和生物质能等。其中生物质能具有可再生、低污染、分布广泛等特点,而且植物油是生物质能的重要组成,愈来愈受到研究者们的关注。

1.1 环氧树脂概述

1.1.1 环氧树脂定义

其分子内含有两个及两个以上的反应性环氧基,并以芳香族碳键为骨架或脂肪族、脂环族的热固性合成树脂的分子称为环氧树脂。其中以双酚A 型环氧树脂产量最大,约占全球各品种占环氧树脂总量的90%。近年来,世界环氧树脂年均增长率3.5%-4%,而我国高达20%-25%,产不足需,发展潜力巨大。环氧树脂有良好的力学、电气性能及收缩率低、易加工成型和价格较廉等优点,在胶粘剂、涂料及先进复合材料等领域有广泛的应用[1]

1.1.2 环氧树脂的分类

环氧树脂的种类不仅复杂,且分类各不相同。如按化学的组成成分进行分类,那其可被分成缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂等。

缩水甘油胺型环氧树脂,以优异的耐高温和力学性能引起大家的广泛关注。目前其在国内外在航空航天中为用量最广的材料之一。缩水甘油酯型环氧树脂, 一般粘度低,脂环族产品其耐候性优,固化物耐热性好,常用作环氧树脂的活性稀释剂。缩水甘油醚型环氧树脂种类居多,最有代表性的是双酚A型环氧树脂,其由多元酚或多元醇与ECH反应而得,性能和用途以及品种不同而有差异。若依照环氧树脂的状态进行分类,可以被分成液态和固态两种形态,大部分环氧树脂是液态,其中双酚A 型环氧树脂是最常见的,这类化合物在常温下为粘稠液体。

1.1.3 环氧树脂的发展与应用

环氧树脂是一类应用很广泛的热固性树脂,是复合材料中应用最为广泛的基体树脂之一[2]。环氧树脂的应用在国民经济发展中地位重要,目前对环氧树脂改性研究有:对环氧树脂的耐热改性[3]、增韧改性[4-5]及阻燃性方面的研究[6]。环氧树脂其改性方法主要包括:据不同的使用性能选择不同类型固化剂、填充剂、其他种热固性或热塑性树脂、改性环氧树脂本身等。

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