[发明专利]一种丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂/纤维复合材料

说明书

技术领域

本发明属于天然植物纤维增强树脂复合材料技术领域，具体涉及一种丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂/纤维复合材料。

背景技术

天然植物纤维增强聚合物复合材料中，最常用的热固性树脂主要有环氧树脂、酚醛树脂及不饱和聚酯树脂。一般地，这些热固性树脂具有良好的力学性能、耐化学性能和工艺性能，但在使用过程中有毒物质（如甲醛、苯乙烯等）的挥发所带来的环境问题和空气污染问题已引起极大关注。此外，石油资源的不断消耗和价格上升问题迫使人们开始寻求和开发新的可再生的生物基树脂。环氧大豆油丙烯酸酯（Acrylate epoxidized soybean oil，即AESO）是由大豆油经环氧化后与丙烯酸反应得到，目前在市场上已有大量生产，原料来源广泛、价格低廉，已被大量应用于涂料、可降解泡沫材料等领域。以AESO为原料制备天然纤维/植物油基复合材料，由于可再生天然纤维的引入和植物油基树脂的使用，这对减少石油基产品的使用量有重要意义。然而，交联度低、常温时粘度较大和耐热性差等缺点使得AESO在应用过程中必须与乙烯基单体进行共混，一方面是降低树脂粘度，改善复合材料的制备工艺；另一方面，可以提高树脂交联密度，改善复合材料的力学性能和耐热性能。AESO与苯乙烯共聚制备力学性能优良的热固性树脂已有较多报道，但挥发性苯乙烯的使用仍无法避免空气污染的问题，并且2011 年美国卫生和公众服务署正式将苯乙烯与可吸入玻璃纤维列为致癌物。因此，寻求新型的环境友好的反应活性高的溶剂与AESO共混制备大豆油基热固性树脂是促进AESO在天然纤维增强复合材料中得到应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂/纤维复合材料，解决环氧大豆油丙烯酸酯因交联度低、常温时粘度较大和耐热性差等缺点而无法大量应用于天然纤维增强复合材料中的问题。通过采用甲基丙烯酸-2-异氰酸基乙酯交联环氧大豆油丙烯酸酯，大大改善了其交联度、粘度和耐热性，使得制得的大豆油基树脂天然纤维增强复合材料具有很好的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，且对环境友好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂/纤维复合材料，由以下重量份数的原料经热压成型工艺制成：天然纤维80~100份、丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂80~100份、引发剂3~7份。

更优的，原料中天然纤维与丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂的质量比为1:1。

所述的丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂是由以下重量份数的原料在室温下混合后磁力搅拌15~30min后制得：大豆油衍生物和甲基丙烯酸-2-异氰酸基乙酯；其中甲基丙烯酸-2-异氰酸基乙酯的用量为树脂总重量的5wt%~25wt%。

所述的大豆油衍生物为环氧大豆油丙烯酸酯。

所述的天然纤维为大麻纤维。

所述的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。

一种制备如上所述的丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂/纤维复合材料的方法为：将丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂和引发剂混合均匀后涂敷在天然纤维板坯的上下表面，通过手工铺装模压成型制得。

具体步骤如下：将丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂和引发剂混合搅拌0.5~2min，均匀涂覆在已干燥的天然纤维板坯上下表面，室温下以5~7MPa冷压4~6min；保持压力不变，升温至60~80℃，预热压4~6min；继续升温至120~170℃，热压10~40min；隔热保压30~90min，使之自然冷却至室温。

更优的，热压温度为160℃，热压时间30min。

    本发明的有益效果在于：

1）本发明以甲基丙烯酸-2-异氰酸基乙酯（IEM）作为环氧大豆油丙烯酸酯（AESO）的交联剂，极大改善了环氧大豆油丙烯酸酯的交联度、常温下粘度和耐热性，且对环境友好；

2）本发明采用优化的工艺参数组合，天然纤维与丙烯酸异氰酸酯交联的大豆油基树脂的质量比为1:1，热压温度160℃，热压时间30min，以模压工艺可制备力学性能优良的天然纤维/植物油基树脂复合材料；

3）与天然纤维/纯AESO复合材料相比，采用IEM与AESO共混物为基体的天然纤维/大豆油基树脂复合材料具有更高的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量。

附图说明