CN110423447A - 一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，采用生物基增韧材料，并用改性大豆豆渣纤维，以此为增强体，通过热固成型制备复合材料。大豆豆渣来源丰富，价格低廉，利用偶联剂对其表面进行改性后能更好地与聚酯基体结合。生物基增韧改进剂为环氧大豆油或环氧酯或环氧脂肪酸酯类中的任何一种或几种混合。本发明提供的方法不仅提高了不饱和聚酯复合材料的力学性能，还提高了材料的可生物降解性，方法简单且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及不饱和聚酯树脂复合材料加工领域，特别涉及一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法。
背景技术
不饱和聚酯树脂是一种含有酯键和碳碳双键的线型高分子热固性树脂，其原料易得，由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成。因生产工艺简单，综合性能优良，所以用量大且广泛。然而一般的不饱和聚酯树脂由于存在较高的交联度而脆性大，易开裂，强度低，满足不了一些生产应用的需求，因此要对其进行强度和韧性上的改进。
在传统加工过程中，常采用无机填料、纳米粒子、橡胶弹性体等物体对不饱和聚酯树脂进行改性。近些年来，环保问题越来越引起人们的重视，而传统改性材料多为石油基材料，不利于循环发展，或对人体和环境有危害。为适应绿色可持续发展，人们逐渐改用天然植物纤维和一些生物基材料对不饱和聚酯树脂进行改性。
发明内容
本发明的目的是提供一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，提高了不饱和聚酯树脂的力学性能的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，制备方法包括如下步骤：
（1）改性豆渣的制备方法：将大豆豆渣用高速粉碎机粉碎，随后分3批次加入大豆豆渣重量0.5-2.5 wt%的偶联剂，每次混合1-5min，60-100度下干燥1-4h；再将其置于球磨机中，球磨4h；高速粉碎机粉碎1-3min，过筛80-200目，60-100度下烘干1-2h；
（2）改性豆渣A的制备方法：将步骤（1）制备的改性豆渣用生物基增韧改进剂进行处理，记为改性豆渣A；具体方法如下：往改性豆渣中加入生物基增韧改进剂，高速粉碎机混合2-5min，随后于80-160度干燥2-5h；以质量份数计算，改性豆渣A的具体组成为：改性豆渣5-20份、生物基增韧改进剂1.8-9份；
（3）不饱和聚酯树脂B的制备方法：将生物基增韧改进剂加入不饱和聚酯树脂，记为不饱和聚酯树脂B；以质量份数计算，不饱和聚酯树脂B的具体组成为：不饱和聚酯树脂70-97份，生物基增韧改进剂0.2-1份；
（4）复合材料的制备方法：以质量份数计算，将将步骤（2）中制备的改性豆渣A、将步骤（3）中制备的不饱和聚酯树脂B、引发剂0.3-2份、促进剂0.1-1份混合，通过热固成型的方法加工制得复合材料。
本发明的进一步设置为：所述偶联剂为乙烯基硅烷（乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷）、环氧基硅烷（γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基甲基二甲氧基硅烷）、氨基硅烷（γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2- 氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷）、酰基硅烷（3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、）钛酸酯类偶联剂（异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、双（二辛氧基焦磷酸酯基）乙撑钛酸酯、磷酸酯双钛酸酯偶联剂、）中的一种或几种混合。
本发明的进一步设置为：所述生物基增韧改进剂为环氧脂肪酸甲酯、环氧脂肪酸乙酯、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和环氧大豆油的一种或几种混合。
本发明的进一步设置为：所述不饱和聚酯树脂包括邻苯型、间苯型、对苯型或乙烯基酯型不饱和聚酯树脂的一种或几种。
本发明的进一步设置为：所述引发剂包括过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化二叔丁基中的一种或几种。
本发明的进一步设置为：所述促进剂包括环烷酸钴、异辛酸钴和N，N-二甲基苯胺中的一种或几种混合。
综上所述，本发明具有以下有益效果：大豆产品加工副产物之一的大豆豆渣是一种天然植物纤维，具有机械性能优良、绿色环保等优点，可作为理想的树脂补强材料，但其表面富有羟基，因此亲水性强，而常用聚合材料多为疏水性的，使得纤维增强聚酯材料的界面结合力差，尺寸稳定性较低，因此利用偶联剂对其表面进行改性后能更好地与聚酯基体结合。同时在生物基增韧改进剂对不饱和聚酯树脂进行增韧；例如环氧大豆油采用大豆油经过环氧酸环氧化后制得，此时长分子链中的双键转化为环氧基团，更易参与聚合反应，且保留了柔性长链，有利于不饱和聚酯树脂的增韧；例如环氧酯或环氧脂肪酸酯也是无毒环保的生物增韧改进剂。所以将大豆生产过程中的大豆油、豆渣、豆粕等材料加入到不饱和聚酯树脂的合成中，不仅能充分利用大豆资源，还能提高树脂的生物可降解性，保护环境。最终该制备方法不仅提高了不饱和聚酯复合材料的力学性能，还提高了材料的可生物降解性，方法简单且成本低。
具体实施方式
实施例1
一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，制备方法包括如下步骤：
（1）改性豆渣的制备方法：将大豆豆渣用高速粉碎机粉碎，随后分3批次加入大豆豆渣重量1 wt%的偶联剂，偶联剂采用N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，每次混合3min，80度下干燥2h；再将其置于球磨机中，球磨4h；高速粉碎机粉碎1min，过筛150目，100度下烘干1h；
（2）改性豆渣A的制备方法：将步骤（1）制备的改性豆渣用生物基增韧改进剂进行处理，记为改性豆渣A；具体方法如下：往改性豆渣中加入生物基增韧改进剂，生物基增韧改进剂采用环氧脂肪酸甲酯，高速粉碎机混合5min，随后于150度干燥5h；以质量份数计算，改性豆渣A的具体组成为：改性豆渣10份、生物基增韧改进剂9份；
（3）不饱和聚酯树脂B的制备方法：将生物基增韧改进剂加入不饱和聚酯树脂，记为不饱和聚酯树脂B；生物基增韧改进剂采用环氧脂肪酸甲酯，不饱和聚酯树脂采用间苯型不饱和聚酯树脂。以质量份数计算，不饱和聚酯树脂B的具体组成为：不饱和聚酯树脂80份，生物基增韧改进剂1份；
（4）复合材料的制备方法：以质量份数计算，将将步骤（2）中制备的改性豆渣A、将步骤（3）中制备的不饱和聚酯树脂B、引发剂1.5份、促进剂1份混合，引发剂采用过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴，通过热固成型的方法加工制得复合材料。
实施例2
一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，制备方法包括如下步骤：
（1）改性豆渣的制备方法：将大豆豆渣用高速粉碎机粉碎，随后分3批次加入大豆豆渣重量1.5 wt%的偶联剂，偶联剂采用乙烯基三乙酰氧基硅烷，每次混合5min，60度下干燥1h；再将其置于球磨机中，球磨4h；高速粉碎机粉碎1min，过筛150目，60度下烘干1h；
（2）改性豆渣A的制备方法：将步骤（1）制备的改性豆渣用生物基增韧改进剂进行处理，记为改性豆渣A；具体方法如下：往改性豆渣中加入生物基增韧改进剂，生物基增韧改进剂采用环氧大豆油，高速粉碎机混合5min，随后于160度干燥3h。以质量份数计算，改性豆渣A的具体组成为：改性豆渣20份、生物基增韧改进剂9.5份；
（3）不饱和聚酯树脂B的制备方法：将生物基增韧改进剂加入不饱和聚酯树脂，记为不饱和聚酯树脂B；生物基增韧改进剂采用环氧大豆油，不饱和聚酯树脂采用间苯型不饱和聚酯树脂。以质量份数计算，不饱和聚酯树脂B的具体组成为：不饱和聚酯树脂70份，生物基增韧改进剂0.5份；
（4）复合材料的制备方法：以质量份数计算，将步骤（2）中制备的改性豆渣A、步骤（3）中制备的不饱和聚酯树脂B、引发剂1.5份、促进剂1份混合，引发剂采用过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴，通过热固成型的方法加工制得复合材料。
实施例3
一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，制备方法包括如下步骤：
（1）改性豆渣的制备方法：将大豆豆渣用高速粉碎机粉碎，随后分3批次加入大豆豆渣重量0.5wt%的偶联剂，偶联剂采用异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯，每次混合3min，80度下干燥4h；再将其置于球磨机中，球磨4h；高速粉碎机粉碎3min，过筛120目，80度下烘干2h；
（2）改性豆渣A的制备方法：将步骤（1）制备的改性豆渣用生物基增韧改进剂进行处理，记为改性豆渣A；具体方法如下：往改性豆渣中加入生物基增韧改进剂，生物基增韧改进剂采用环氧脂肪酸辛酯，高速粉碎机混合3min，随后于130度干燥4h。以质量份数计算，改性豆渣A的具体组成为：改性豆渣15份、生物基增韧改进剂4.7份；
（3）不饱和聚酯树脂B的制备方法：将生物基增韧改进剂加入不饱和聚酯树脂，记为不饱和聚酯树脂B；生物基增韧改进剂采用环氧脂肪酸辛酯，不饱和聚酯树脂采用间苯型不饱和聚酯树脂。以质量份数计算，不饱和聚酯树脂B的具体组成为：不饱和聚酯树脂80份，生物基增韧改进剂0.3份；
（4）复合材料的制备方法：以质量份数计算，将将步骤（2）中制备的改性豆渣A、将步骤（3）中制备的不饱和聚酯树脂B、引发剂1.5份、促进剂1份混合，引发剂采用过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴，通过热固成型的方法加工制得复合材料。
实施例1到实施例3的有益效果，复合材料的力学性能数据见下表：
| 实施例 | 拉伸强度/ MPa | 弹性模量/ MPa | 冲击强度 / kJ / m<sup>2</sup> | 断裂伸长量 / % |
| 1 | 45.1 | 5800 | 11．2 | 4.0 |
| 2 | 52.1 | 8549 | 17．3 | 5.3 |
| 3 | 50.8 | 7564 | 12．4 | 4.8 |
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：制备方法包括如下步骤：
（1）改性豆渣的制备方法：将大豆豆渣用高速粉碎机粉碎，随后分3批次加入大豆豆渣重量0.5-2.5 wt%的偶联剂，每次混合1-5min，60-100度下干燥1-4h；再将其置于球磨机中，球磨4h；高速粉碎机粉碎1-3min，过筛80-200目，60-100度下烘干1-2h；
（2）改性豆渣A的制备方法：将步骤（1）制备的改性豆渣用生物基增韧改进剂进行处理，记为改性豆渣A；具体方法如下：往改性豆渣中加入生物基增韧改进剂，高速粉碎机混合2-5min，随后于80-160度干燥2-5h；以质量份数计算，改性豆渣A的具体组成为：改性豆渣5-20份、生物基增韧改进剂1.8-9份；
（3）不饱和聚酯树脂B的制备方法：将生物基增韧改进剂加入不饱和聚酯树脂，记为不饱和聚酯树脂B；以质量份数计算，不饱和聚酯树脂B的具体组成为：不饱和聚酯树脂70-97份，生物基增韧改进剂0.2-1份；
（4）复合材料的制备方法：以质量份数计算，将步骤（2）制备的改性豆渣A、步骤（3）制备的不饱和聚酯树脂B、引发剂0.3-2份、促进剂0.1-1份混合，通过热固成型的方法加工制得复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基硅烷（乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷）、环氧基硅烷（γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基甲基二甲氧基硅烷）、氨基硅烷（γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2- 氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷）、酰基硅烷（3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、）钛酸酯类偶联剂（异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、双（二辛氧基焦磷酸酯基）乙撑钛酸酯、磷酸酯双钛酸酯偶联剂、）中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：所述生物基增韧改进剂为环氧脂肪酸甲酯、环氧脂肪酸乙酯、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和环氧大豆油的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂包括邻苯型、间苯型、对苯型或乙烯基酯型不饱和聚酯树脂的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：所述引发剂包括过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化二叔丁基中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种由改性天然植物纤维、生物基材料补强增韧不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于：所述促进剂包括环烷酸钴、异辛酸钴和N，N-二甲基苯胺中的一种或几种混合。
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| CN115537005A (zh) * | 2022-11-02 | 2022-12-30 | 广东溢达纺织有限公司 | 树脂材料、树脂纽扣及其制备方法 |
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