腰果酚衍生物的制備及其在環(huán)氧樹脂領(lǐng)域的應(yīng)用研究(摘要)

米楨(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，南京 210042)

以可再生資源腰果酚為原料，合成了兩種活性稀釋劑和一種生物基增塑劑，探索了它們?cè)诃h(huán)氧樹脂固化體系中的各項(xiàng)性能。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果歸納如下:

以腰果酚和環(huán)氧氯丙烷(ECH)為原料，合成了單環(huán)氧基活性稀釋劑腰果酚基縮水甘油醚(CGE)。通過(guò)研究合成反應(yīng)影響因素，確定了最佳反應(yīng)條件為:在加成反應(yīng)階段，腰果酚與ECH的物質(zhì)的量之比為1∶8，在1%相轉(zhuǎn)移催化劑的催化作用下，在90℃條件下反應(yīng)3 h;閉環(huán)反應(yīng)階段，采用ECH為溶劑，55℃分兩次緩慢滴加30%的NaOH溶液，堿量為腰果酚物質(zhì)的量的2倍，反應(yīng)5 h。腰果酚基縮水甘油醚為淡黃色透明液體，環(huán)氧值最高可達(dá)每100克0.273 mol，作為活性稀釋劑，能顯著降低環(huán)氧樹脂的黏度。當(dāng)CGE的加入量為15%，環(huán)氧樹脂黏度由14 700 mPa·s降至1 892 mPa·s，固化物的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別增加了37.3%、160.6%，其他力學(xué)性能影響不大。結(jié)果還表明，CGE比與C12～14烷基縮水甘油醚(AGE)具有更好的機(jī)械性能和耐熱性。

其次，以腰果酚基縮水甘油醚和間氯過(guò)氧苯甲酸(MCPBA)為原料，對(duì)CGE側(cè)鏈上的不飽和烴鏈進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)，合成腰果酚基多環(huán)氧活性稀釋劑(PECGE)。通過(guò)研究合成反應(yīng)影響因素，確定了最佳反應(yīng)條件為:腰果酚與MCPBA的物質(zhì)的量之比為1∶1.5，以二氯甲烷為溶劑，30℃條件下反應(yīng)3 h。PECGE為淺黃色透明液體，環(huán)氧值最高可達(dá)每100克0.568 mol。作為活性稀釋劑，PECGE加入量從0%增加到20%時(shí)，環(huán)氧樹脂的黏度則從14 700 mPa·s降為2 150 mPa·s。加入量為20%時(shí)，PECGE對(duì)環(huán)氧樹脂固化物仍具有較好的物理機(jī)械性能。與CGE相比，PECGE具有較大的添加量，因而兩者對(duì)環(huán)氧樹脂的稀釋效果相差不大。此外，PECGE能改善固化體系的耐熱性，是一種性能優(yōu)良的活性稀釋劑，顯現(xiàn)出極強(qiáng)的潛在應(yīng)用價(jià)值。

最后，以長(zhǎng)碳鏈酚類化合物腰果酚為原料，合成生物基增塑劑腰果酚基乙酸酯，并對(duì)其增塑性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，酯化反應(yīng)最佳條件為:腰果酚與乙酸酐的物質(zhì)的量之比為1∶1.2，催化劑K2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%，60℃條件下反應(yīng)3 h。當(dāng)增塑劑用量為10%，環(huán)氧樹脂128/934固化體系斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度分別提高了42.3%和185.8%。與鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、對(duì)苯二甲酸二辛酯(DOTP)相比，同等比例下，腰果酚基乙酸酯所在固化體系拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別要高27.6%、26.8%及248%、152%，體系玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為63.3℃，略低于DOP。腰果酚基乙酸酯是一種增塑性能類似于鄰苯二甲酸二辛酯增塑劑，有望成為鄰苯二甲酸類增塑劑的替代品，具有廣闊的發(fā)展前景。

腰果酚;活性稀釋劑;環(huán)氧樹脂;力學(xué)性能;耐熱性;增塑性能