Development of Bio-based Epoxy Materials from Vegetable Oil

Abstract

Epoxy material from vegetable oil has more attention because of its environmental friendliness. In present research, a bio-based epoxy resin formulated from the crosslinking reaction between epoxidized linseed oil and vegetable oil-based crosslinker is developed. Epoxidized linseed oil (ELO) with epoxide content of 87.5 mole percent was obtained by the epoxidation of linseed oil with performic acid. A cone-and-plate rheometer was used to examine the crosslinking reaction between ELO and three different types of crosslinkers including dimer of fatty acid, trimer of fatty acid and dimer diamine. The use of trimer acid as a curing agent illustrated the lowest induction period and the highest reaction rate. The rate of crosslinking reaction was dramatically enhanced by using 4-N,N-Dimethylaminopyridine as a catalyst. Incorporation of epoxidized natural rubber (ENR) into the preparation process of studied bio-based epoxy resin typically resulted in the decrease in hardness and tensile modulus. The elongation at break of ENR-filled resin was significantly higher than that of un-filled resin. The density, hardness and tensile modulus of synthesized resin was upgraded by adding graphene oxide up to 1.5 percent. Whereas, an agglomeration of graphene oxide particles was found at 2.0 percent addition. This phenomenon led to the deterioration of tensile strength and tensile modulus of the resin.

วัสดุอิพอกซี ซึ่งเตรียมจากน้ำมันพืชได้รับความสนใจมากขึ้น เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในงานวิจัยนี้จะพัฒนาวัสดุอิพอกซีฐานชีวภาพ ซึ่งเตรียมขึ้นจากปฏิกิริยาการเชื่อมขวางระหว่างน้ำมันลินสีดอิพอกซิไดซ์กับสารเชื่อมขวางซึ่งผลิตมาจากน้ำมันพืช น้ำมันลินสีดอิพอกซิไดซ์ซึ่งมีปริมาณหมู่อิพอกไซด์เท่ากับ 87.5 เปอร์เซ็นต์โดยโมล สามารถเตรียมได้จากการเกิดปฏิกิริยาอิพอกซิเดชันของน้ำมันลินสีดกับกรดเปอร์ฟอร์มิก รีโอมิเตอร์แบบโคนและเพลตถูกใช้ในการศึกษาปฏิกิริยาการเชื่อมขวางระหว่างน้ำมันลินสีดอิพอกซิไดซ์กับสารเชื่อมขวางที่ต่างกันสามชนิด ได้แก่ ไดเมอร์ของกรดไขมัน ไตรเมอร์ของกรดไขมัน และ ไดเมอร์ไดเอมีน การใช้ไตรเมอร์เป็นสารเชื่อมขวางจะมีช่วงเวลาก่อนเริ่มปฏิกิริยาสั้นที่สุด และมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงที่สุด อัตราการเกิดปฏิกิริยาเชื่อมขวางจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อใช้ 4-N,N-Dimethylaminopyridine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การเติมยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์ (ENR) เข้าไปในกระบวนการเตรียมวัสดุอิพอกซีฐานชีวภาพที่กำลังศึกษาอยู่ โดยทั่วไปแล้วจะส่งผลทำให้เกิดการลดลงของความแข็งที่ผิวและ tensile modulus ค่าการยืดตัว ณ จุดแตกหักของเรซินที่มีการเติมยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์จะสูงกว่าค่าการยืดตัว ณ จุดแตกหักของเรซินที่ไม่มีการเติมยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์อย่างมีนัยสำคัญ ความหนาแน่น ความแข็งที่ผิวและ tensile modulus ของเรซินที่สังเคราะห์ได้มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมแกรฟีนออกไซด์ในปริมาณไม่เกิน 1.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ในขณะที่การรวมตัวกันของอนุภาคแกรฟีนออกไซด์จะเกิดขึ้นที่ปริมาณการเติมแกรฟีนออกไซด์เท่ากับ 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก โดยปรากฏการณ์นี้จะทำให้เกิดการลดลงของ tensile strength และ tensile modulus ของเรซิน