[发明专利]一种纤维素基环氧树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纤维素基环氧树脂及其制备方法和应用，涉及有机合成技术领域，将少量本发明制备的纤维素基环氧树脂掺入到双酚A型环氧树脂中，能够显著改善双酚A型环氧树脂固化物的力学性能，用途广泛，有效地实现废弃农林资源的高附加值利用，减少生态环境压力，符合可持续发展的战略思想。本发明提供的制备方法简单、产品性能优异。

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种纤维素基环氧树脂及其制备方法和应用。

背景技术

双酚A型环氧树脂(EP)具有储存稳定性较高、加工性能良好、配方设计灵活多样以及固化过程中体积收缩率较低等优点，并且EP固化物具有优良的机械性能、耐化学药品性能、电气性能和粘接性能，因而已作为热固性树脂广泛应用于机械、电子电气、航空航天、交通运输及建筑等领域。然而，EP固化后交联密度较高，并且其固化物韧性较差，从而在一定程度上限制了EP的应用范围。目前，普遍采用的增韧方法主要有橡胶弹性体增韧、热塑性树脂增韧、无机刚性粒子增韧和互穿聚合物网络(IPNs)增韧等。

近年来，随着人们环保意识的日益提高，生物基树脂材料逐渐成为该领域的研究热点之一。为了提高双酚A型环氧树脂的韧性，开发了各种环保可再生材料。一些可再生材料已被成功应用于显著改善双酚A型环氧树脂的断裂性能，如大豆油、蓖麻油、棕榈油、桐油、腰果酚和松香等。但其中大豆油、蓖麻油可能由于柔性结构太大会损害材料的拉伸强度和玻璃化转变温度。其中，纤维素在自然界来源丰富，主要来自于木质纤维素，木质纤维素是多数农林废弃物以及非粮生物质中的主要组分，是生物相容性好的天然高分子材料，因此纤维素的利用已成为化学、化工和材料科学领域的研究热点。但其作为高分子材料直接使用存在可加工性不足的问题，通常需要进行改性来提高其可加工性，与其他材料的复合相容性等。目前的常用的改性方法主要有醚化改性、酯化改性、氧化改性等。利用纤维素为原料，接枝改性制备环氧树脂代替或部分代替不可再生的石油基环氧树脂增韧剂，在引领材料工业向绿色、环保、可持续发展方向上，具有重大意义。目前，尚未见使用以纤维素为原料改性制备生物基液体环氧树脂并用于增韧双酚A型环氧树脂的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素基环氧树脂及其制备方法和应用，将少量本发明提供的纤维素基环氧树脂掺入到双酚A型环氧树脂中，能够显著改善双酚A型环氧树脂固化物的力学性能，用途广泛，有效地实现废弃农林资源的高附加值利用，减少生态环境压力，符合可持续发展的战略思想。本发明提供的制备方法简单、产品性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纤维素基环氧树脂，具有式I所示结构：

式I中，R₁～R₅独立包括H、n、n₁和n₂为聚合度；n₁为2～5；n₂为2～5。

本发明提供了上述技术方案所述纤维素基环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：

将纤维素钠和环氧化合物在有机溶剂中混合，进行开环加成反应，得到液体纤维素聚醚钠；

将所述液体纤维素聚醚钠和环氧氯丙烷混合，进行环氧化反应，得到纤维素基环氧树脂。

优选地，所述环氧化合物为环氧乙烷和环氧丙烷中的一种或两种。

优选地，所述环氧化合物与纤维素钠的质量比为5～10:1。

优选地，所述有机溶剂包括二乙氧基甲烷、二丙氧基甲烷、二丁氧基甲烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、甲苯、二甲苯或1,4-二氧六环。

优选地，所述有机溶剂与纤维素钠的质量比为3～20:1。

优选地，所述开环加成反应的温度为70～130℃；所述开环加成反应的时间为2～8h。