端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.07.007

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (7): 44-50.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.07.007

端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究

徐杰(), 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城

浙江润阳新材料科技股份有限公司，浙江湖州 313105

收稿日期:2022-02-09 出版日期:2022-07-26 发布日期:2022-07-20
作者简介:徐杰(1992—), 男，工程师，研究生，从事热固性树脂和聚烯烃发泡材料研究工作，869843482@qq.com

Preparation and performance of carboxyl⁃terminated tannic acid/gallic acid⁃based epoxy composite

XU Jie(), ZHONG Jinfu, TONG Xiaoqian, LI Guangfu, FU Dongliang, LI Chengcheng

Zhejiang Runyang New Material Technology Co，Ltd，Huzhou 313105，China

Received:2022-02-09 Online:2022-07-26 Published:2022-07-20

摘要/Abstract

摘要：

通过A₂+B₃一步法及缩聚反应分别制备生物质超支化聚合物（CTMTA）和没食子酸环氧树脂（GAER），采用熔融共混法制备了没食子酸环氧树脂（GAER）/甲基四氢苯酐（MTHPA）/2?甲基咪唑（2?MI）/ 超支化聚合物（CTMTA）复合材料。利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、核磁共振仪（¹H?NMR）、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、力学性能和吸水率等试验，研究了CTMTA 含量对GAER/MTHPA/2?MI复合体系性能的影响。结果表明，CTMTA的加入能提高复合体系的力学性能和吸水率，降低复合体系的固化温度。当CTMTA含量为1.5 %（质量分数，下同）时，GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系的力学性能和吸水率最佳，拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和吸水率分别比GAER/MTHPA/2?MI体系提高了33 %、37 %、47.6 %和45.5 %。GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系的最佳固化工艺参数为110 ℃/20 min。

关键词: 没食子酸环氧树脂, 单宁酸, 力学性能, 固化反应

Abstract:

A bio?based hyperbranched polymer （CTMTA） and a gallic acid?based epoxy resin （GAER） were prepared through an A₂+B₃ one?step method and a polycondensation reaction， respectively. The GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA composites were prepared using a melt blending method. The effects of CTMTA content on the properties of the GAER/MTHPA/2?MI composites were investigated using by FTIR， ¹H?NMR， DSC， SEM， mechanical measurement， and water absorption. The results indicated that the addition of CTMTA improved the mechanical properties and water absorption rate of the composites but reduced their curing temperature. The composites exhibited maximum mechanical properties and water absorption rate at a CTMTA content of 1.5 wt%. Compared to the GAER/MTHPA/2?MI composite system， the GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA composites presented an increase in tensile strength， elongation at break， impact strength， and water absorption rate by 33 %， 37 %， 47.6 %， and 45.5 %， respectively. The optimum curing parameter of the GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA composite system was determined to be 110 oC/20 min.

Key words: gallic acid?based epoxy resin, tannic acid, mechanical property, curing reaction

中图分类号:

TQ323.5

徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.

XU Jie, ZHONG Jinfu, TONG Xiaoqian, LI Guangfu, FU Dongliang, LI Chengcheng. Preparation and performance of carboxyl⁃terminated tannic acid/gallic acid⁃based epoxy composite[J]. China Plastics, 2022, 36(7): 44-50.

图/表 8

图1 TA、CTMTA、GA和GAER的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of TA， CTMTA，GA and GAER

图2 GAER和CTMTA的合成路线

Fig.2 Synthetic route of GAER and CTMTA

图3 CTMTA和GAER的1H?NMR谱图

Fig.3 1H?NMR spectra of CTMTA and GAER

图4 CTMTA含量对GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系力学性能的影响

Fig.4 Mechanical properties of GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA systems with different CTMTA contents

图5 不同 CTMTA含量改性GAER/MTHPA体系冲击断裂面的 SEM 照片

Fig.5 SEM of impact fracture surfaces of GAER/MTHPA systems modified with different CTMTA contents

图6 GAER/MTHPA/2?MI和GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系的固化过程曲线

Fig.6 DSC curves of curing process of GAER/MTHPA/2?MI and GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA composites

β/（℃·min^-1）	T_i /℃	T_p /℃	T_f /℃	1/T_p ·℃^-1	lnβ/℃·min^-1	-ln（β/T_p²）/（ ℃^-1·min^-1）
5	59.4	112.1	180.5	0.008 92	1.609	10.298
10	66.5	125.5	193.7	0.007 97	2.079	9.674
20	72.1	129.6	201.6	0.007 72	2.398	9.289
30	77.3	134.5	224.3	0.007 43	2.639	9.025

表1 GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系第一个固化放热峰的DSC参数

Tab.1 DSC parameters of the first exothermic peak of GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA system

图7 CTMTA含量对GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA复合体系吸水率的影响

Fig.7 Water absorption of GAER/MTHPA/2?MI/CTMTA systems with different CTMTA contents

参考文献 20

1	WAN J， GAN B， LI C， et al. A novel biobased epoxy resin with high mechanical stiffness and low flammability： synthesis， characterization and properties［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2015， 3（43）： 21 907⁃21 921.
2	XU J， YANG J， LIU X， et al. Preparation and characterization of fast⁃curing powder epoxy adhesive at middle temperature［J］. Royal Society Open Science， 2018， 5（8）： 180566.
3	QI Y， WENG Z， KOU Y， et al. Synthesize and introduce bio⁃based aromatic s⁃triazine in epoxy resin： enabling extremely high thermal stability， mechanical properties， and flame retardancy to achieve high⁃performance sustainable polymers［J］. Chemical Engineering Journal， 2021， 406： 126881.
4	ZHAO Y， HUANG R， WU Z， et al. Effect of free volume on cryogenic mechanical properties of epoxy resin reinforced by hyperbranched polymers［J］. Materials & Design， 2021， 202： 109565.
5	NAVEIRA C， RODRIGUES N， SANTOS F S， et al. Acute toxicity of Bisphenol A （BPA） to tropical marine and estuarine species from different trophic groups［J］. Environmental Pollution， 2021， 268： 115911.
6	CAO L， LIU X， NA H， et al. How a bio⁃based epoxy monomer enhanced the properties of diglycidyl ether of bisphenol A （DGEBA）/graphene composites［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2013， 1（16）： 5 081⁃5 088.
7	AOUF C， NOUAILHAS H， FACHE M， et al. Multi⁃functionalization of gallic acid. Synthesis of a novel bio⁃based epoxy resin［J］. European Polymer Journal， 2013， 49（6）： 1 185⁃1 195.
8	KHALIL A， GERARDIN⁃CHARBONNIER C， CHAPUIS H， et al. Original bio⁃based antioxidant poly （meth） acrylate from gallic acid⁃based monomers［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2021， 9（34）： 11 458⁃11 468.
9	LIU J， ZHANG L， SHUN W， et al. Recent development on bio‐based thermosetting resins［J］. Journal of Polymer Science， 2021， 59（14）： 1 474⁃1 490.
10	LIU T， NIE Y， CHEN R， et al. Hyperbranched polyether as an all⁃purpose epoxy modifier： controlled synthesis and toughening mechanisms［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2015， 3（3）： 1 188⁃1 198.
11	WANG K， CHEN L， WU J， et al. Epoxy nanocompo⁃sites with highly exfoliated clay： mechanical properties and fracture mechanisms［J］. Macromolecules， 2005， 38（3）： 788⁃800.
12	XU J， LIU X， FU S. Bio⁃based epoxy resin from gallic acid and its thermosets toughened with renewable tannic acid derivatives ［J］. Journal of Materials Science， 2022， 57： 9 493⁃9 507.
13	ZHANG T， TAN J， HAN X， et al. Novel epoxy⁃ended hyperbranched polyether derived from xylitol as sustainable tougheners for epoxy resin［J］. Polymer Testing， 2021， 94： 107053.
14	BORO U， KARAK N. Tannic acid based hyperbranched epoxy/reduced graphene oxide nanocomposites as surface coating materials［J］. Progress in Organic Coatings， 2017， 104： 180⁃187.
15	XU J， YANG J， WANG H， et al. Bio⁃based hyperbranched toughener from tannic acid and its enhanced solvent⁃free epoxy resin with high performance［J］. Journal of Renewable Materials， 2019， 7（12）： 1 333⁃1 346.
16	ZHOU Y， TAWIAH B， NOOR N， et al. A facile and sustainable approach for simultaneously flame retarded， UV protective and reinforced poly （lactic acid） composites using fully bio⁃based complexing couples［J］. Composites Part B： Engineering， 2021， 215： 108833.
17	LIU Y， ZHANG Z， WANG J， et al. Renewable tannic acid based self⁃healing polyurethane with dynamic phenol⁃carbamate network： simultaneously showing robust mechanical properties， reprocessing ability and shape memory［J］. Polymer， 2021，228： 123860.
18	SHNAWA H A. Curing and thermal properties of tannin⁃based epoxy and its blends with commercial epoxy resin［J］. Polymer Bulletin， 2021， 78（4）： 1 925⁃1 940.
19	FEI X， WEI W， ZHAO F， et al. Efficient toughening of epoxy⁃anhydride thermosets with a biobased tannic acid derivative［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2016， 5（1）： 596⁃603.
20	LUO L， MENG Y， QIU T， et al. An epoxy⁃ended hyperbranched polymer as a new modifier for toughening and reinforcing in epoxy resin［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2013， 130（2）： 1 064⁃1 073.

[1]	焦志伟, 王克琛, 张杨, 杨卫民. 基于碳纳米涂层沉积滑石粉与炭黑协同填充PVC/ABS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 10-15.
[2]	张陶忠, 陈晓龙, 郝晓宇, 于福家. 滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 36-41.
[3]	杜青, 何祎, 余坦竟, 蓝艳姣, 赵彦芝, 周菊英. 取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 49-55.
[4]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[5]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[6]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[7]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[8]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[9]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[10]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[11]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[12]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[13]	李素圆, 刘会鹏, 龚舜, 黄国桃, 李玉才, 吴鑫, 邓建平, 潘凯. 热塑性聚酰胺弹性体改性EVA复合发泡材料的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 6-14.
[14]	张九夫, 罗开强, 徐军, 郭宝华. 长玻璃纤维增强PA66复合材料的综合性能及其影响因素研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 1-8.
[15]	王富玉, 郭金强, 张玉霞. 聚合物原位成纤方法及其在PP共混体系中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 146-156.

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Preparation and performance of carboxyl⁃terminated tannic acid/gallic acid⁃based epoxy composite

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