蔗渣的液化反应及基于液化产物的聚氨酯的制备与表征

论文摘要

将蔗渣在多羟基醇中液化,制成植物多元醇,然后将植物多元醇与异氰酸酯等反应,合成聚氨酯硬质泡沫。同时,探讨用酯类化合物对液化产物进行改性,以提高其反应活性,改性液化产物也用于制备聚氨酯硬质泡沫。常压下,以硫酸为催化剂,甘蔗渣在聚乙二醇400和丙三醇的构成的液化试剂中进行液化反应。并探讨了反应时间、催化剂、液固比和液化试剂的组成等对甘蔗渣液化反应的影响。通过添加表面活性剂和对液化产物进行改性,以提高液化效率,并且改善液化产物的反应活性。结果表明,在液化溶剂中加入表面活性剂,能够促进液化试剂向原料内部的渗透,有利于液化反应的快速进行,提高了液化效率。另外,表面活性剂的存在还能减少价格较贵的聚乙二醇400的用量,因此降低了液化的成本。通过酯化反应,分别将? ?己内酯和邻苯二甲酸酐接枝到液化产物上,为液化产物引入酯基。利用液化产物与异氰酸酯(MDI)反应,合成了硬质聚氨酯泡沫,并对硬质聚氨酯泡沫的性能进行了表征。结果表明,在多元醇组分中使用一定量的液化产物时,会改善泡沫材料的机械强度,但液化产物用量超过一定限度时,会导致材料变脆,机械强度降低。当液化产物的替代量达到60%时,泡沫的压缩强度达到最高238.38kPa。另外,液化产物合成的聚氨酯泡沫的热稳定性有所提高,热失重主要发生在220~440℃之间。本研究还探讨了阻燃剂、催化剂和发泡剂等对聚氨酯泡沫性能的影响。研究发现,阻燃剂能使泡沫阻燃,但能破坏泡孔结构,使泡沫的机械强度降低。催化剂能提高发泡速率,但也能影响泡沫的机械性能。发泡剂可以促进发泡,有利于泡沫的生长。但大量的发泡剂会造成塌泡,影响泡沫的机械强度。另外,通过对聚氨酯泡沫热老化的研究,发现热老化时间延长,泡沫的压缩强度变大,这可能是因为聚氨酯中的木质素在老化过程中继续反应,增加了材料的交联程度。利用改性液化产物合成的聚氨酯泡沫的机械强度较液化产物合成的聚氨酯泡沫有所提高,而且泡孔结构也更加均匀。这说明了改性液化产物的反应活性提高了。其中,? ?己内酯改性液化产物合成的聚氨酯泡沫的压缩强度和弹性模量最高,分别达到226kPa和2.65MPa。改性液化产物合成的聚氨酯泡沫的热稳定性也提高了,可能是因为改性产物中有酯键的生成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 植物纤维原料及其利用
• 1.2.1 植物纤维原料的组成及主要性质
• 1.2.2 植物纤维原料的利用
• 1.2.3 植物纤维原料的液化技术
• 1.2.4 植物纤维原料液化产物在高分子材料中的应用
• 1.3 聚氨酯
• 1.3.1 有机多异氰酸酯
• 1.3.2 有机多元醇化合物
• 1.3.3 聚氨酯的合成原理
• 1.4 植物纤维原料在聚氨酯制备的应用
• 1.5 本课题的目的和意义
• 第二章 甘蔗渣在多羟基醇中的液化
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 原料化学成分分析
• 2.2.2 甘蔗渣的液化
• 2.2.3 液化产物的分离
• 2.3 产物表征
• 2.3.1 残渣率
• 2.3.2 羟值
• 2.3.3 红外光谱分析
• 2.3.4 相对分子质量分布
• 2.3.5 元素分析
• 2.3.6 木质素含量测定
• 2.3.7 结晶度测定
• 2.3.8 残渣表面形貌分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 甘蔗渣的化学成分
• 2.4.2 表面活性剂的选择
• 2.4.3 吐温-80 用量的确定
• 2.4.4 甘蔗渣在多羟基中的液化效率的评价
• 2.4.5 液化产物及残渣的分析表征
• 2.5 本章小结
• 第三章 植物基聚氨酯硬泡的合成
• 3.1 实验材料和仪器
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 聚氨酯泡沫的合成配方
• 3.2.2 异氰酸酯用量的计算
• 3.2.3 植物基聚氨酯硬泡的合成
• 3.3 聚氨酯泡沫性能的测定
• 3.3.1 红外光谱
• 3.3.2 泡沫密度
• 3.3.3 压缩强度
• 3.3.4 热稳定性
• 3.3.5 降解性能
• 3.3.6 热老化性能
• 3.3.7 阻燃性能
• 3.3.8 泡沫表面形貌
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 FT-IR分析
• 3.4.2 中和条件对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.3 液化产物含量对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.4 液化条件对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.5 阻燃剂对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.6 催化剂对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.7 发泡剂对聚氨酯泡沫性能的影响
• 3.4.8 聚氨酯泡沫的热稳定性
• 3.4.9 聚氨酯泡沫的抗老化性
• 3.4.10 降解性
• 3.4.11 聚氨酯泡沫的阻燃性
• 3.4.12 泡沫表面形貌
• 3.5 本章小结
• 第四章 液化产物改性
• 4.1 实验材料和仪器
• 4.1.1 原料与试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 液化产物改性
• 4.2.2 聚氨酯泡沫的合成
• 4.3 产物表征
• 4.3.1 酸值
• 4.3.2 羟值
• 4.3.3 红外光谱分析
• 4.3.4 相对分子质量分布的测定
• 4.3.5 泡沫密度和压缩强度
• 4.3.6 热稳定性
• 4.3.7 泡沫形貌
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 己内酯改性产物的酸值
• 4.4.2 己内酯改性产物的羟值
• 4.4.3 改性液化产物的红外分析
• 4.4.4 改性液化产物的相对分子质量分布
• 4.4.5 聚氨酯泡沫的密度和压缩强度
• 4.4.6 聚氨酯泡沫的热稳定性分析
• 4.4.7 改性对聚氨酯硬泡形貌的影响
• 4.5 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢