基于废弃紫苏油的环氧树脂合成固化制备方法 |
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| 申请号 | CN202210456489.8 | 申请日 | 2022-04-24 | 公开(公告)号 | CN114933692A | 公开(公告)日 | 2022-08-23 |
| 申请人 | 中北大学; | 发明人 | 李会珍; 张志军; 张雲龙; 侯天宇; 陈铁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于废弃紫苏油的环 氧 树脂 合成 固化 制备方法，属于废弃油脂再利用技术领域，包括以下步：将废弃紫苏油与过氧化氢混合均匀； 水 浴升温，加入 甲酸 ；反应结束后，将溶液高速离心；取油层，洗涤至中性，然后高速离心；将所得油层旋蒸，得到环氧化废弃紫苏油；将环氧化废弃紫苏油与甲基六氢 邻苯二甲酸酐 和2‑甲基咪唑共混均匀，进行抽 真空 除气泡；然后倒入预热的模具中进行程序升温，再自然冷却，即得到废弃紫苏油基 环氧树脂 。本发明以废弃紫苏油为 基础 原料，有利于废弃资源的再利用，且废弃紫苏油中的高含量不饱和 脂肪酸 乙酯有利于环氧化改性，使其后续固化效果更好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.基于废弃紫苏油的环氧树脂合成固化制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 基于废弃紫苏油的环氧树脂合成固化制备方法技术领域背景技术[0002] 环氧树脂凭借优异的热稳定性、机械性能、耐腐蚀性等特点在国民经济的各个领域被广泛使用。然而市面上的大部分环氧树脂材料都是以石油及其衍生物为基础原料而生产的，给生态环境保护带来了压力。随着可持续发展意识的提高，人们将目标放在了开发绿色环保的生物质基环氧树脂材料。 [0004] 全球每年有大量废弃油脂产生，如何高效开发利用成为亟待解决的问题。紫苏是唇形科一年生草本植物，紫苏籽含油率较高，是重要的油料作物。紫苏油经提取α‑亚麻酸后产生的废弃油中，主要含有大量的不饱和脂肪酸乙酯，其中含有的碳碳双键有利于进行环氧化改性，并进行环氧树脂的合成制备。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种基于废弃紫苏油的环氧树脂合成固化制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0007] 基于废弃紫苏油的环氧树脂合成固化制备方法，包括以下步骤： [0008] S1、将废弃紫苏油与过氧化氢混合均匀； [0010] S3、反应结束后，将溶液高速离心； [0011] S4、取油层，洗涤至中性，然后高速离心； [0012] S5、将S4所得油层旋蒸，得到环氧化废弃紫苏油； [0013] S6、将S5所得与甲基六氢邻苯二甲酸酐和2‑甲基咪唑共混均匀； [0014] S7、将S6所得混合溶液进行抽真空除气泡； [0015] S8、将S7所得倒入预热的模具中； [0016] S9、将S8所得进行程序升温； [0017] S10、将S9所得自然冷却，即得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0018] 作为本发明的进一步技术方案，所述S1中，废弃紫苏油与过氧化氢的质量比为1：0.5‑1.5。 [0019] 作为本发明的更进一步技术方案，所述S2中，水浴温度为30℃‑70℃，废弃紫苏油与甲酸的质量比为1：0.125‑0.875。 [0020] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S3中，反应时间为1‑3h，反应结束后将溶液在4000r/min下高速离心30min。 [0022] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S5中，将S4所得油层在80℃下旋蒸2h。 [0023] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S6中，将S5所得与甲基六氢邻苯二甲酸酐和2‑甲基咪唑在60℃下共混均匀，其中，废弃紫苏油与2‑甲基咪唑的质量比为1：0.01，废弃紫苏油与甲基六氢邻苯二甲酸酐的质量比为1：0.3‑0.7。 [0024] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S7中，将S6所得混合溶液在80℃下进行抽真空除气泡30min。 [0025] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S8中，将S7所得倒入80℃下预热的模具中[0026] 作为本发明的再进一步技术方案，所述S9中，程序升温为100℃固化1h，120℃固化2h，150℃固化2h。 [0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：以废弃紫苏油为基础原料，有利于废弃资源的再利用，且废弃紫苏油中的高含量不饱和脂肪酸乙酯有利于环氧化改性，使其后续固化效果更好，且酯键赋予固化产物具有生物降解性；本发明充分发掘废弃紫苏油的实用价值，避免资源浪费；环氧化反应产物洗涤至中性后，采用高速离心强化分离效果；选择升温抽真空除气泡，避免后续操作中较低温度的固化体系突然程序升温，导致体系再次产生气泡。附图说明 [0028] 图1为废弃紫苏油与环氧化废弃紫苏油的红外光谱图； [0029] 图2为固化产物的邵氏硬度图； [0030] 图3为固化产物的应力‑应变曲线图； [0031] 图4为固化剂含量70wt％时固化产物的TG‑DTG曲线图； [0032] 图5为固化产物的耐化学试剂性能图。 具体实施方式[0033] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。 [0034] 实施例1 [0035] 称取60g废弃紫苏油于四颈烧瓶中，加入49g过氧化氢，在电动搅拌器作用下充分混合均匀；水浴升温至50℃，开始滴加甲酸27g；水浴加热反应2.5h后，停止反应，静置冷却；将其高速离心30min，离心速度设置为4000r/min；取油层，用5％碳酸氢钠溶液洗至弱碱性，再用纯水洗至中性，再次高速离心10min，离心速度设置为4000r/min；取油层，80℃下旋蒸 2h，得到环氧化废弃紫苏油，环氧化废弃紫苏油的环氧值为6.70％，高于市场上环氧大豆油的环氧值6.01％。 [0036] 称取环氧化废弃紫苏油10g，甲基六氢邻苯二甲酸酐5g，2‑甲基咪唑0.1g，在60℃下共混均匀；将所得混合溶液与模具共同放在真空干燥箱中抽真空除气泡，温度为80℃，时间30min；将混合溶液倒入预热的模具中；将模具放入真空干燥箱，升温程序设置为100℃下固化1h，120℃下固化2h，150℃下固化2h；高温固化结束后，放在真空干燥箱中自然冷却至室温，即可得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0037] 实施例2 [0038] 称取实施例1中的环氧化废弃紫苏油10g，甲基六氢邻苯二甲酸酐6g，2‑甲基咪唑0.1g，在60℃下共混均匀；将所得混合溶液与模具共同放在真空干燥箱中抽真空除气泡，温度为80℃，时间30min；将混合溶液倒入预热的模具中；将模具放入真空干燥箱，升温程序设置为100℃下固化1h，120℃下固化2h，150℃下固化2h；高温固化结束后，放在真空干燥箱中自然冷却至室温，即可得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0039] 实施例3 [0040] 称取实施例1中的环氧化废弃紫苏油10g，甲基六氢邻苯二甲酸酐7g，2‑甲基咪唑0.1g，在60℃下共混均匀；将所得混合溶液与模具共同放在真空干燥箱中抽真空除气泡，温度为80℃，时间30min；将混合溶液倒入预热的模具中；将模具放入真空干燥箱，升温程序设置为100℃下固化1h，120℃下固化2h，150℃下固化2h；高温固化结束后，放在真空干燥箱中自然冷却至室温，即可得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0041] 实施例4 [0042] 称取60g废弃紫苏油于四颈烧瓶中，加入30g过氧化氢，在电动搅拌器作用下充分混合均匀；水浴升温至30℃，开始滴加甲酸7.5g；水浴加热反应1h后，停止反应，静置冷却；将其高速离心30min，离心速度设置为4000r/min；取油层，用5％碳酸氢钠溶液洗至弱碱性，再用纯水洗至中性，再次在高速离心10min，离心速度设置为4000r/min；取油层，80℃下旋蒸2h，得到环氧化废弃紫苏油。 [0043] 称取环氧化废弃紫苏油10g，甲基六氢邻苯二甲酸酐3g，2‑甲基咪唑0.1g，在60℃下共混均匀；将所得混合溶液与模具共同放在真空干燥箱中抽真空除气泡，温度为80℃，时间30min；将混合溶液倒入预热的模具中；将模具放入真空干燥箱，升温程序设置为100℃下固化1h，120℃下固化2h，150℃下固化2h；高温固化结束后，放在真空干燥箱中自然冷却至室温，即可得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0044] 实施例5 [0045] 称取60g废弃紫苏油于四颈烧瓶中，加入90g过氧化氢，在电动搅拌器作用下充分混合均匀；水浴升温至70℃，开始滴加甲酸52.5g；水浴加热反应3h后，停止反应，静置冷却；将其高速离心30min，离心速度设置为4000r/min；取油层，用5％碳酸氢钠溶液洗至弱碱性，再用纯水洗至中性，再次在高速离心10min，离心速度设置为4000r/min；取油层，80℃下旋蒸2h，得到环氧化废弃紫苏油。 [0046] 称取环氧化废弃紫苏油10g，甲基六氢邻苯二甲酸酐4g，2‑甲基咪唑0.1g，在60℃下共混均匀；将所得混合溶液与模具共同放在真空干燥箱中抽真空除气泡，温度为80℃，时间30min；将混合溶液倒入预热的模具中；将模具放入真空干燥箱，升温程序设置为100℃下固化1h，120℃下固化2h，150℃下固化2h；高温固化结束后，放在真空干燥箱中自然冷却至室温，即可得到废弃紫苏油基环氧树脂。 [0047] 对1制备的废弃紫苏油基环氧树脂进行检测，由图1红外光谱图可得，在825cm‑1处出现环氧基团特征吸收峰，表明成功进行环氧化改性，引入环氧基团，且未改变原有的骨架结构；由图2可得，随着固化剂添加量从30wt％增加到70wt％时，固化产物的邵氏硬度不断上升，从23.8HD上升到80.4HD，但上升趋势在固化剂添加量60wt％后逐渐趋于平缓，表明随着固化剂含量的再增加，对邵氏硬度提升效果趋于稳定；由图3可得，随着固化剂添加量的增加，固化产物的拉伸应力逐渐提升，拉伸应力从1.74MPa提高到49.69MPa，断裂伸长率从29.11％降低到6.55％；由图4可得，在固化剂添加量为70wt％时，固化产物热稳定性表现优异，外推起始分解温度为322.91℃，最大热失重速率对应的温度为362.13℃；由图5可得，固化产物表现出优异的耐化学试剂腐蚀性能，固化剂添加量为70wt％时，固化产物在硫酸、丙酮、氢氧化钠溶液和乙醚中的质量损失率分别为0.38％、0.41％、0.28％和0.42％。 [0048] 这些结果表明，以废弃紫苏油为原料制备的环氧树脂固化产物在多方面测试中，表征效果优异。 [0049] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 [0050] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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