本發(fā)明涉及一種利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，屬于環(huán)氧樹脂制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)氧樹脂是泛指含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族等有機(jī)化合物為骨架，并能通過環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)形成有用的熱固性產(chǎn)物的高分子環(huán)氧低聚物。環(huán)氧樹脂自問世以來，憑借其優(yōu)良的穩(wěn)定性能、粘結(jié)性能以及較低的易固收縮率和成本等優(yōu)點(diǎn)，一直廣泛應(yīng)用于涂料、高性能膠粘劑、汽車零件、航空航天等領(lǐng)域。然而固化后的環(huán)氧樹脂呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)密度高，存在內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)脆，抗沖擊性、抗疲勞性、耐熱性差等不足，大大限制了環(huán)氧樹脂在高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，而常見的增韌材料和環(huán)氧樹脂基體間相容性差，導(dǎo)致增韌效果不明顯。因此，關(guān)于環(huán)氧樹脂增強(qiáng)增韌改性方法的研究備受國內(nèi)外關(guān)注。
草蜢的翅膀與它身體部位一樣，都是由角質(zhì)層構(gòu)成的，而角質(zhì)層算是世界上第二大普通天然物質(zhì)。泰勒表示，他們最近研究發(fā)現(xiàn)，草蜢腿部的角質(zhì)層是世界上最有韌性的天然物質(zhì)。草蜢翅膀上的交叉經(jīng)脈間隔近乎完美，正是因?yàn)樗鼈?，才使得草蜢翅膀上的裂紋每當(dāng)達(dá)到“臨界裂紋長度”時(shí)，都能及時(shí)停止下來。這是大自然賦予草蜢最好的禮物，讓它們翅膀的靜脈和薄膜在最佳比例的基礎(chǔ)上，擁有最高的韌性和最輕的重量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對(duì)目前環(huán)氧樹脂存在內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)脆，韌性差、抗疲勞性、耐熱性差等不足，大大限制了環(huán)氧樹脂在高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，而常見的增韌材料和環(huán)氧樹脂基體間相容性差，導(dǎo)致增韌效果不明顯的缺陷，提供了一種利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法。該方法以韌性極佳的天然生物質(zhì)材料草蜢翅膀?yàn)樵希?jīng)粉碎后和天然樹脂桃膠混合，再加入富含微生物的沼氣液混合發(fā)酵，在微生物的作用下使草蜢翅膀上接枝桃膠顆粒，得到改性草蜢翅膀，再用其和環(huán)氧樹脂共混反應(yīng)，最終制得增韌改性環(huán)氧樹脂。本發(fā)明充分利用了草蜢翅膀近乎完美的交叉經(jīng)脈間隔結(jié)構(gòu)來對(duì)環(huán)氧樹脂增韌，并且接枝天然桃膠顆粒又有效提高了增韌填料和樹脂基體間的相容性，使增韌效果更加顯著，既解決了常見增韌材料和樹脂基體間相容性差，導(dǎo)致增韌效果不明顯的問題，又彌補(bǔ)了環(huán)氧樹脂質(zhì)脆、韌性差的缺陷，具有廣闊的應(yīng)用前景。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）人工捕捉草蜢，拔取草蜢翅膀，依次用無水乙醇和去離子水沖洗3～5次，沖洗結(jié)束后自然風(fēng)干，稱取50～80g風(fēng)干后的草蜢翅膀放入組織粉碎機(jī)中粉碎15～20min，得到草蜢翅膀碎片，備用；
（2）從桃樹上收集60～80g桃膠并將其倒入裝有400～500mL去離子水的燒杯中，再將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至70～80℃，用攪拌器以200～300r/min轉(zhuǎn)速攪拌20～30min直至桃膠完全溶解，過濾去除濾渣得到桃膠溶液；
（3）將上述得到的桃膠溶液和備用的草蜢翅膀碎片混合后移入陶瓷發(fā)酵罐中，使其自然冷卻至室溫，再收集沼氣池中的沼氣液，用臥式離心機(jī)以2000～3000r/min轉(zhuǎn)速離心處理15～20min，分離得到上清液，量取100～200mL得到的上清液倒入裝有桃膠溶液和草蜢翅膀碎片的陶瓷發(fā)酵罐中，用攪拌棒攪拌均勻后密封發(fā)酵罐，將發(fā)酵罐放在30～40℃的溫室中自然發(fā)酵改性15～20天；
（4）待上述發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾，分離得到濾渣，去除濾液，再將濾渣用真空凍干機(jī)以-35～-30℃的溫度和10～13Pa的壓力條件下凍干，得到桃膠改性草蜢翅膀碎片；
（5）按重量份數(shù)計(jì)，稱取70～80份環(huán)氧樹脂、10～15份丙酮、15～20份上述得到的桃膠改性草蜢翅膀碎片和1～3份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷依次裝入反應(yīng)釜中，在90～120℃下攪拌反應(yīng)1～2h后真空脫氣去除丙酮，出料后裝桶，包裝即得草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明提供的利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，原材料易得，增韌步驟簡單易操作，成本低廉；
（2）本發(fā)明提供的利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，可以有效增強(qiáng)環(huán)氧樹脂韌性及抗沖擊強(qiáng)度，經(jīng)檢測，經(jīng)本發(fā)明增韌后的環(huán)氧樹脂斷裂強(qiáng)度達(dá)到135MPa以上，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到35KJ/m2，分別比純環(huán)氧樹脂提高了45.5%和155%。
具體實(shí)施方式
人工捕捉草蜢，拔取草蜢翅膀，依次用無水乙醇和去離子水沖洗3～5次，沖洗結(jié)束后自然風(fēng)干，稱取50～80g風(fēng)干后的草蜢翅膀放入組織粉碎機(jī)中粉碎15～20min，得到草蜢翅膀碎片，備用；從桃樹上收集60～80g桃膠并將其倒入裝有400～500mL去離子水的燒杯中，再將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至70～80℃，用攪拌器以200～300r/min轉(zhuǎn)速攪拌20～30min直至桃膠完全溶解，過濾去除濾渣得到桃膠溶液；將上述得到的桃膠溶液和備用的草蜢翅膀碎片混合后移入陶瓷發(fā)酵罐中，使其自然冷卻至室溫，再收集沼氣池中的沼氣液，用臥式離心機(jī)以2000～3000r/min轉(zhuǎn)速離心處理15～20min，分離得到上清液，量取100～200mL得到的上清液倒入裝有桃膠溶液和草蜢翅膀碎片的陶瓷發(fā)酵罐中，用攪拌棒攪拌均勻后密封發(fā)酵罐，將發(fā)酵罐放在30～40℃的溫室中自然發(fā)酵改性15～20天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾，分離得到濾渣，去除濾液，再將濾渣用真空凍干機(jī)以-35～-30℃的溫度和10～13Pa的壓力條件下凍干，得到桃膠改性草蜢翅膀碎片；按重量份數(shù)計(jì)，稱取70～80份環(huán)氧樹脂、10～15份丙酮、15～20份上述得到的桃膠改性草蜢翅膀碎片和1～3份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷依次裝入反應(yīng)釜中，在90～120℃下攪拌反應(yīng)1～2h后真空脫氣去除丙酮，出料后裝桶，包裝即得草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂。
實(shí)例1
人工捕捉草蜢，拔取草蜢翅膀，依次用無水乙醇和去離子水沖洗3次，沖洗結(jié)束后自然風(fēng)干，稱取50g風(fēng)干后的草蜢翅膀放入組織粉碎機(jī)中粉碎15min，得到草蜢翅膀碎片，備用；從桃樹上收集60g桃膠并將其倒入裝有400mL去離子水的燒杯中，再將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至70℃，用攪拌器以200r/min轉(zhuǎn)速攪拌20min直至桃膠完全溶解，過濾去除濾渣得到桃膠溶液；將上述得到的桃膠溶液和備用的草蜢翅膀碎片混合后移入陶瓷發(fā)酵罐中，使其自然冷卻至室溫，再收集沼氣池中的沼氣液，用臥式離心機(jī)以2000r/min轉(zhuǎn)速離心處理15min，分離得到上清液，量取100mL得到的上清液倒入裝有桃膠溶液和草蜢翅膀碎片的陶瓷發(fā)酵罐中，用攪拌棒攪拌均勻后密封發(fā)酵罐，將發(fā)酵罐放在30℃的溫室中自然發(fā)酵改性15天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾，分離得到濾渣，去除濾液，再將濾渣用真空凍干機(jī)以-35℃的溫度和10Pa的壓力條件下凍干，得到桃膠改性草蜢翅膀碎片；按重量份數(shù)計(jì)，稱取70份環(huán)氧樹脂、10份丙酮、15份上述得到的桃膠改性草蜢翅膀碎片和1份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷依次裝入反應(yīng)釜中，在90℃下攪拌反應(yīng)1h后真空脫氣去除丙酮，出料后裝桶，包裝即得草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明提供的利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，原材料易得，增韌步驟簡單易操作，成本低廉；可以有效增強(qiáng)環(huán)氧樹脂韌性及抗沖擊強(qiáng)度，經(jīng)檢測，經(jīng)本發(fā)明增韌后的環(huán)氧樹脂斷裂強(qiáng)度達(dá)到136MPa，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到35KJ/m2，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)例2
人工捕捉草蜢，拔取草蜢翅膀，依次用無水乙醇和去離子水沖洗4次，沖洗結(jié)束后自然風(fēng)干，稱取65g風(fēng)干后的草蜢翅膀放入組織粉碎機(jī)中粉碎18min，得到草蜢翅膀碎片，備用；從桃樹上收集70g桃膠并將其倒入裝有450mL去離子水的燒杯中，再將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至75℃，用攪拌器以250r/min轉(zhuǎn)速攪拌2min直至桃膠完全溶解，過濾去除濾渣得到桃膠溶液；將上述得到的桃膠溶液和備用的草蜢翅膀碎片混合后移入陶瓷發(fā)酵罐中，使其自然冷卻至室溫，再收集沼氣池中的沼氣液，用臥式離心機(jī)以2500r/min轉(zhuǎn)速離心處理18min，分離得到上清液，量取150mL得到的上清液倒入裝有桃膠溶液和草蜢翅膀碎片的陶瓷發(fā)酵罐中，用攪拌棒攪拌均勻后密封發(fā)酵罐，將發(fā)酵罐放在35℃的溫室中自然發(fā)酵改性18天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾，分離得到濾渣，去除濾液，再將濾渣用真空凍干機(jī)以-33℃的溫度和11Pa的壓力條件下凍干，得到桃膠改性草蜢翅膀碎片；按重量份數(shù)計(jì)，稱取75份環(huán)氧樹脂、13份丙酮、18份上述得到的桃膠改性草蜢翅膀碎片和2份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷依次裝入反應(yīng)釜中，在105℃下攪拌反應(yīng)2h后真空脫氣去除丙酮，出料后裝桶，包裝即得草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明提供的利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，原材料易得，增韌步驟簡單易操作，成本低廉；可以有效增強(qiáng)環(huán)氧樹脂韌性及抗沖擊強(qiáng)度，經(jīng)檢測，經(jīng)本發(fā)明增韌后的環(huán)氧樹脂斷裂強(qiáng)度達(dá)到137MPa，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到35KJ/m2，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)例3
人工捕捉草蜢，拔取草蜢翅膀，依次用無水乙醇和去離子水沖洗5次，沖洗結(jié)束后自然風(fēng)干，稱取80g風(fēng)干后的草蜢翅膀放入組織粉碎機(jī)中粉碎20min，得到草蜢翅膀碎片，備用；從桃樹上收集80g桃膠并將其倒入裝有500mL去離子水的燒杯中，再將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至80℃，用攪拌器以300r/min轉(zhuǎn)速攪拌30min直至桃膠完全溶解，過濾去除濾渣得到桃膠溶液；將上述得到的桃膠溶液和備用的草蜢翅膀碎片混合后移入陶瓷發(fā)酵罐中，使其自然冷卻至室溫，再收集沼氣池中的沼氣液，用臥式離心機(jī)以3000r/min轉(zhuǎn)速離心處理20min，分離得到上清液，量取200mL得到的上清液倒入裝有桃膠溶液和草蜢翅膀碎片的陶瓷發(fā)酵罐中，用攪拌棒攪拌均勻后密封發(fā)酵罐，將發(fā)酵罐放在40℃的溫室中自然發(fā)酵改性20天；待上述發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾，分離得到濾渣，去除濾液，再將濾渣用真空凍干機(jī)以-30℃的溫度和13Pa的壓力條件下凍干，得到桃膠改性草蜢翅膀碎片；按重量份數(shù)計(jì)，稱取80份環(huán)氧樹脂、15份丙酮、20份上述得到的桃膠改性草蜢翅膀碎片和3份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷依次裝入反應(yīng)釜中，在120℃下攪拌反應(yīng)2h后真空脫氣去除丙酮，出料后裝桶，包裝即得草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明提供的利用草蜢翅膀增韌改性環(huán)氧樹脂的方法，原材料易得，增韌步驟簡單易操作，成本低廉；可以有效增強(qiáng)環(huán)氧樹脂韌性及抗沖擊強(qiáng)度，經(jīng)檢測，經(jīng)本發(fā)明增韌后的環(huán)氧樹脂斷裂強(qiáng)度達(dá)到138MPa，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到35KJ/m2，具有廣闊的應(yīng)用前景。