[发明专利]用于强韧化环氧树脂的生物基纳米组装固化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于强韧化环氧树脂的生物基纳米组装固化剂及制备方法，(1)取天然多酚粉末溶解于溶剂中，进行超声波处理使其发生偶联反应并堆叠组装，通过超声处理，形成表面带有大量酚羟基的微球状至扁平状组装体；(2)将步骤(1)所得悬浮液透析并冷冻干燥得到天然多酚组装体粉末；(3)将步骤(2)所得粉末与环氧树脂预聚物混合反应，得到产品。本发明成本低，环境友好，不涉及繁琐的加工工艺，能够减少环氧树脂生产使用过程中的石油来源资源消耗。所得的多酚组装体具有显著的纳米增强效应与丰富的表面酚羟基，使用能够构筑纳米增强网络并形成有效的高密度界面交联点，同时其非共价氢键网络具有显著的能量耗散作用。

技术领域

本发明属于环氧树脂的生物基固化剂领域，具体涉及一种用于强韧化环氧树脂的生物基 纳米组装固化剂及制备方法。

背景技术

环氧树脂是用途最广、用量最大的一类重要的热固性树脂。我国环氧树脂年产能在200 万吨以上，占全球产能45％左右。将生物来源的材料引入到这一类应用广泛的树脂中能够有 效减少石油资源的消耗，具有重要的意义。此外，目前我国环氧树脂产业仍处于低端产能过 剩严重，高端产能不足，总体利润率低的情况，开发高性能、强韧化的环氧树脂材料及体系 对我国相关产业发展具有现实意义。

固化体系是环氧树脂的重要组成部分，其选择对环氧树脂材料各方面性能具有重要的作 用，生物基的固化体系能够有效减少环氧树脂生产使用过程中的石油资源的消耗，符合“碳 中和”的整体目标。然而，生物基固化剂通常面临成本高、固化效果差、产物力学性能不理 想等瓶颈问题，综合性能难以媲美商用石油基固化剂。因此，开发基于生物基材料的高性能 固化剂，实现环氧树脂的强韧化提升其附加值，对行业的健康、可持续发展具有重要的意义。

目前，已有报道将多酚、壳聚糖等带有活性基团的天然产物作为固化剂引入环氧树脂体 系中(胡雅琪.单宁酸基环氧及固化剂的制备与性能[D].江西科技师范大学,2020.； CN106496524B等)。然而，这些生物基固化剂虽然可以实现环氧树脂的化学交联，但由于反 应位点少、交联密度不高，导致强度较低，亟需建立生物基材料增强增韧环氧树脂的新方法。 天然多酚在一定条件下可偶联组装得到不同的微纳结构，基于其形貌特征与表面基团特性调 控，可通过高密度界面交联与微纳米组装结构实现环氧树脂材料的高效增强，同时多羟基结 构构建的氢键网络能够有效耗散能量，协同实现环氧树脂材料的强韧化、绿色化，具有广阔 的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种用于强韧化环氧树脂的生物基纳米组装固化剂 及制备方法，利用天然多酚在超声波条件下的自偶联与自组装，基于其特殊的纳米组装形貌 与高密度表面活性酚羟基，将微观形貌可控的天然多酚组装体作为固化剂引入到环氧树脂中， 通过高密度界面交联、微纳米组装增强网络以及非共价氢键能量耗散网络实现环氧树脂材料 的强韧化、绿色化。

具体的技术方案为：

用于强韧化环氧树脂的生物基纳米组装固化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取天然多酚粉末溶解于溶剂中，进行超声波处理使其发生偶联反应并堆叠组装，通 过超声处理，形成表面带有大量酚羟基的微球状至扁平状组装体；

(2)将步骤(1)所得悬浮液透析并冷冻干燥得到天然多酚组装体粉末；

(3)将步骤(2)所得粉末与环氧树脂预聚物混合反应，得到生物基组装多酚固化剂改 性的强韧化环氧树脂材料。

所述的天然多酚为茶多酚、单宁酸、咖啡酸、绿原酸、没食子酸、类黄酮、木酚素、白藜芦醇中至少一种。

所述的溶剂为去离子水、乙醇、正丁醇、乙酸乙酯、石油醚中至少一种。

所述的环氧树脂牌号为E54、E44、E42、R130、R139、R144、NPEL127、NPEL239S、NPEL134中一种或多种混合物。