Synthesis and properties of resin from epoxidized oil and Poly(butylene succinate)

Abstract

Bio-based resins have been an interesting polymer since they can be derived from renewable resources. In this research, the bio-based resin was prepared by a reaction between epoxidized vegetable oil and an oligomer of poly(butylene succinate) with the dicarboxylic terminal group by using N,N-dimethyl-4-aminopyridine as a catalyst. The effects of the molecular weight of oligomer and type of vegetable oil on isothermal curing behavior, gel fraction, thermal properties, thermal stability, crystallinity, and mechanical properties of the synthesized thermoset resins were investigated. The oligomer of poly(butylene succinate) with different molecular weight were prepared by controlling the molar ratio between 1,4-butanediol to succinic acid as 2:3 (OPBS23), 4:5 (OPBS45) and 7:8 (OPBS78), resulting in oligomers with an average molecular weight of 435, 773 and 978 respectively. The epoxidized vegetable oils with different epoxidation degrees were synthesized from palm oil, soybean oil, and linseed oil. From isothermal crosslinking investigation, the curing process of the epoxidized linseed oil with oligomer resulted in the shortest induction time and curing time. Moreover, the resin prepared from epoxidized linseed oil showed the highest value of maximum storage modulus. The induction time and curing time increased with an increased molecular weight of oligomer. The resin prepared from epoxidized linseed oil and OPBS23 with the molar ratio between the epoxide group of oil and carboxyl group of the oligomer as 1:1 exhibited the highest in gel fraction around 83%. The crystalline structure of the oligomer did not change after the curing process, but the reduction in crystallinity was observed. The higher in the tensile strength of cured materials were obtained when the gel fraction and crystallinity of resin increased.

เทอร์โมเซตเรซินจากชีวมวลถือเป็นพอลิเมอร์ที่น่าสนใจ เนื่องจากสามารถสังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบที่มาจากแหล่งทรัพยากรที่สามารถสร้างขึ้นมาทดแทนใหม่ได้ ในงานวิจัยนี้ทำการเตรียมเรซินจากชีวมวลจากการทำปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันพืชอิพ็อกซิไดซ์และโอลิโกเมอร์ของพอลิบิวทิลีนซัคซิเนตที่มีหมู่ปลายสายโซ่เป็นหมู่คาร์บอกซิลิกซ์ โดยใช้ N,N-dimethyl-4-aminopyridine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยจะศึกษาอิทธิพลของความยาวของสายโซ่หรือน้ำหนักโมเลกุลโอลิโกเมอร์ ของพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต และชนิดของน้ำมันที่ใช้การสังเคราะห์เทอร์โมเซตเรซินที่ส่งผลต่อพฤติกรรมการเชื่อมขวางแบบไอโซเทอร์มอล สัดส่วนที่เป็นเจล สมบัติทางความร้อน เสถียรภาพทางความร้อน ความเป็นผลึก และสมบัติเชิงกลของเทอร์โมเซตเรซินที่เตรียมได้ โอลิโกเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่แตกต่างกันจะเตรียมได้โดยผ่านการควบคุมอัตราส่วนโดยโมล ระหว่าง 1,4-butanediol ต่อกรด ซัคซินิคเป็น 2:3 (OPBS23), 4:5 (OPBS45) และ 7:8 (OPBS78) ทำให้ได้โอลิโกเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยเท่ากับ 435, 773 และ 978 กรัมต่อโมลตามลำดับ น้ำมันพืชอิพ็อกซิไดซ์ที่มีระดับ อิพ็อกซิเดชั่นต่างกันได้รับการสังเคราะห์ขึ้นจากน้ำมันปาล์ม น้ำมันถั่วเหลือง และน้ำมันลินสีด จากการศึกษาพฤติกรรมการเชื่อมขวางแบบไอโซเทอร์มอลจะพบว่า การเชื่อมขวางด้วย น้ำมันลินสีดอิพ็อกซิไดซ์ด้วยโอลิโกเมอร์จะมี induction time น้อยที่สุด ใช้เวลาในการเชื่อมขวางน้อยที่สุด นอกจากนี้เรซินที่สังเคราะห์โดยใช้น้ำมันลินสีดอิพ็อกซิไดซ์ยังมีค่า maximum storage modulus มากที่สุดด้วย อีกทั้งยังพบว่า induction time และเวลาในการเชื่อมขวางจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลของโอลิโกเมอร์ที่มากขึ้น เรซินที่เตรียมมาจากน้ำมันลินสีดอิพ็อกซิไดซ์และ OPBS23 ที่มีอัตราส่วนโดยโมลระหว่างหมู่อิพอกไซด์ของน้ำมันพืชและหมู่อิพอกไซด์ของโอลิโกเมอร์เป็น 1:1 จะมีสัดส่วนที่เป็นเจลมากที่สุดเท่ากับ 83% ลักษณะโครงสร้างผลึกของโอลิโกเมอร์ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงหลังการเชื่อมขวางแต่จะพบการลดลงของความเป็นผลึก เรซินที่มีความหนาแน่นของการเชื่อมขวางสูงและมีความเป็นผลึกสูงจะมีค่า tensile strength มากด้วย