[发明专利]可降解环氧酚醛环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种可降解环氧酚醛环氧树脂复合材料的制备方法，由下述重量份数的组分制备而成：羧甲基壳聚糖10‑50份、酚醛环氧树脂100份、纤维素纳米晶须1‑10份、固化催化剂1‑3份、蒸馏水500‑2500份。本发明产品为安全配方生产，产品使用时强度大，经久耐用，同时所需成分少，反应条件温和，仅需温度在50‑70℃之间，有利于节约生产成本，易于掌握，便于推广，有望实现大规模生产。产品中的壳聚糖能够在富含氧气、微生物的潮湿条件下自动分解，生成二氧化碳和水，从而破坏产品内部的三维交联网络，使产品降解，回收酚醛环氧树脂。该产品具有绿色生态环保的特点。

技术领域

本发明涉及环氧树脂领域技术，尤其是指一种可降解环氧酚醛环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

自二十世纪以来，由于石油化工领域的不断发展，热固性塑料制品已经渐渐成为人们生活中不可分割的一部分。但随之而来的便是废弃的塑料制品难以自然降解的难题。焚烧与填埋成为处理废弃塑料制品的主要手段。然而，这样处理废弃塑料制品也会产生大量环境污染的问题。近年来，国家及各地方政府已经出台许多相应法规及政策来限制塑料制品的使用，期望能减少“白色污染”。产业化具有可降解功能的塑料材料迫在眉睫。

利用可降解的天然高分子材料（比如纤维素，羧甲基壳聚糖、淀粉等）代替现今广泛使用的热固性塑料制品已经成为全国乃至全世界的研究热点。然而，天然高分子材料在提高塑料可降解性能的同时，会造成材料的加工性能下降，影响其进一步的实际应用，从而阻碍天然高分子基塑料在工业化过程中的推广。酚醛环氧树脂是一种用途广泛的高分子聚合物。其结构上含有较多的极性基团，能够溶解在水中，与天然高分子具有较好的相容性。此外，有研究表明，酚醛环氧树脂在潮湿环境且有细菌存在的情况下，经过六个月就能完全降解，具有一定的生物降解性能，可以作为一种理想的可降解材料的基体。现常用于固化环氧树脂的方法有两种，一种是依靠氨基开环，另一种是依靠羧基开环。相比于羧基开环，氨基开环的反应条件更加温和，反应温度仅需40～80℃之间（羧基开环的温度往往在150℃以上）。因此利用天然高分子中的羧甲基壳聚糖上的氨基与酚醛环氧树脂反应，具有节能、绿色环保的特点，还赋予了材料可降解的功能。

为提高产品的力学性能，通常会向复合材料中添加纳米填料。而现今常用的填料主要是炭黑、纳米氧化锌、纳米二氧化硅、玻璃纤维等。这些传统的填料不仅存在着难以降解的问题，而且与可降解的天然高分子间的相互作用较弱，不易分散，反而会导致材料力学性能下降。而从植物、被囊动物或细菌中提取的纤维素纳米晶须不仅具有可降解的特点，而且由于其具有低密度、高长径比、高模量、高强度等特点，适合作为新型“绿色填料”以增强复合材料。值得一提的是其化学结构上与羧甲基壳聚糖相似，同样含有大量的羟基，能与羧甲基壳聚糖形成氢键相互作用，使其稳定的分散在羧甲基壳聚糖溶液中。同时，上述的羟基还能与环氧树脂基体上的环氧基团发生氢键相互作用，进一步提高纤维素纳米晶须在复合材料中的分散。具有高长径比的纤维素纳米晶须起类似钢筋混凝土中的“钢筋”的作用，在基体中能够更好的承受外力，更进一步提高了材料的机械性能。

中国发明专利申请CN106496524A公开了一种壳聚糖改性低温型环氧树脂固化剂及其制备方法。即用化学方法改性壳聚糖，用以作为环氧树脂的固化剂。然而该发明的改性方法复杂，反应条件较为苛刻，比如隔绝氧气、高温、减压蒸馏等，需要较高的反应设备和条件。