杨木屑多元醇液化及聚氨酯泡沫材料的制备

论文摘要

生物质是唯一可转化成液态燃料以及其它化工原料或产品的可再生碳资源。液化技术是纤维类生物质转化利用的有效方法之一。目前常见的生物质液化技术中,无论是高温、高压（包括超临界方法）还是常压溶剂液化方法,均存在液化温度和压力高或需要用化学腐蚀性试剂多,还有二次污染的问题。本文以杨木屑为研究对象,探索出一种转化率高、比较经济的多元醇液化工艺,并显著降低了液化反应温度和压力、减少了催化剂用量。对杨木屑液化油的性质和组分进行分析,利用此液化油部分取代聚醚多元醇制备聚氨酯发泡材料,并对液化油进行了分馏,考察了轻重组分的性质和成分。主要研究内容包括:1、本研究中使用的杨木屑中纤维素含量42.82%、半纤维素含量25.61%、木质素含量16.45%,湿基含水量8.29%,灰分1.34%。杨木屑中含有大量的羟基、甲基、羰基和苯环结构。2、在水热合成釜中,以乙二醇为液化剂时,最佳的反应条件为,0.05 g的浓硫酸作为催化剂,5 g乙二醇为液化剂和15 g乙醇为液化助剂,在200℃下反应6 h,2 g木屑的液化率可达96%。所得液化油的运动粘度为37.84 mm2/s（20℃）,羟值为682.5 mg/g,酸值为1.5 mg/g。液化油中含有酯、醇、醚及酮类等物质,存在多种聚酯、聚醚多元醇,分子量的范围连续分布在35593到18之间。3、在密闭高压釜中,以乙二醇为液化剂,最佳的液化条件为,0.05 g的浓硫酸作为催化剂,5 g乙二醇为液化剂和10 g乙醇为液化助剂,在250℃下反应1 h,2 g木屑液化率可达98%。所得液化油的运动粘度为45.36 mm2/s（20℃）,羟值为715.3 mg/g,酸值为1.43 mg/g。液化产物中含有酯、醇、醚及酮类等多种物质,存在多种聚酯、聚醚多元醇。液化油的分子量的范围分布在21673到18之间,为连续性分布。4、在密闭高压釜中,以甘油为液化剂,最佳工艺参数为:在250℃下,反应时间为1h,0.05 g浓硫酸,乙醇10 g,甘油5 g,液化2 g杨木屑,液化率为98.3%。通过正交试验,可以得出四种因素对液化的影响依次下降:甘油用量>反应温度>反应时间>浓硫酸用量,在此条件下,液化油含水量为3.04%,旋转粘度为1000mPa·s,酸值为2.1mg/g,羟值为846 mg/g;液化油中含有大量羟基和酯基官能团的多种成环或是带有支链结构的聚醚和聚酯,平均分子量为810.7。5、在最佳条件下,对纤维素、木质素和木屑进行了甘油液化,得到木质素液化率>木屑液化率>纤维素液化率。两种液化油中均有大量的羟基化合物,纤维素液化油中并未出现酚羟基的吸收;木质素液化油中分子量较大,芳香族的酸和酯居多;纤维素液化油中脂肪族的醇和酯居多。6、杨木屑甘油液化油和工业聚醚4110混合发泡,发泡体的密度越大,其力学性能也更好。甘油液化油添加10%～20%对其结构影响不大,并拥有较好的热稳定性。7、对杨木屑甘油液化油分五个温度范围进行了减压（0.1Mpa）分馏,馏分中主要含有2-乙基-4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷、3-乙氧基-1,2-丙二醇、1,3-二乙氧基-2-丙醇、4-羰基戊酸乙酯和三乙基甘油醚等主要成分,重组分的平均分子量为749.6。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 生物质的特点
• 1.2.2 木质纤维类生物质液化的意义
• 1.2.3 项目来源与经费支持
• 1.3 国内外生物质液化技术研究现状及评述
• 1.3.1 高温高压液化
• 1.3.2 生物降解液化
• 1.3.3 超临界法液化
• 1.3.4 常压溶剂液化
• 1.3.5 纤维类生物质液化产物在制备聚氨酯材料中的应用
• 1.4 聚氨酯泡沫材料概述
• 1.4.1 聚氨酯泡沫材料的发展背景
• 1.4.2 聚氨酯塑料的合成原料
• 1.5 研究目标及主要研究内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 主要的研究内容
• 1.5.3 研究技术路线
• 第二章 原料的基本性质分析
• 2.1 实验材料及方法
• 2.1.1 原料及试剂
• 2.1.2 分析方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 杨木屑组成成分
• 2.2.2 杨木屑的元素分析
• 2.2.3 杨木屑的红外光谱分析
• 2.2.4 杨木屑的TG-DTG-DSC 分析
• 2.3 小结
• 第三章 杨木屑的乙二醇液化工艺及液化油性质分析
• 3.1 实验材料及方法
• 3.1.1 实验原料及试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 分析方法
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 水热合成釜中杨木屑的乙二醇液化工艺及液化油性质分析
• 3.2.2 高压釜中杨木屑的乙二醇液化工艺及液化油性质分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 杨木屑的甘油液化工艺及产物性质分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料及方法
• 4.2.1 实验原料及试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 分析方法
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 杨木屑的甘油液化工艺
• 4.3.2 杨木屑甘油液化油性质的表征
• 4.3.3 杨木甘油液化油的减压分馏及馏分分析
• 4.3.4 纤维素和木质素甘油液化油的制备和分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 甘油液化油制备聚氨酯发泡体及性质表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验试剂、仪器
• 5.2.2 实验原理和方法
• 5.2.3 实验结果与讨论
• 5.3 小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 结论
• 6.2 讨论
• 6.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢
• 详细摘要