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近几年,对聚氨酯材料需求越来越大。因其特殊的分子链段结构,可以制备出具备不同性能的聚氨酯材料,可应用于不同领域。然而传统制备聚氨酯的主要原料是多元醇和异氰酸酯,它们主要来源于石油、煤等不可再生资源。随着这些资源的日趋短缺以及严重的环境压力,开发新的生物质基聚氨酯材料是目前研究的热点之一。
本文采用工业棕榈油为基础原料,制定了两种合成路线制备棕榈油多元醇。通过FT-IR、酸值的测定、羟值的测定等测试手段分析了棕榈油多元醇的结构和性能,实验结果表明笫二种合成路线较简单且制备的棕榈油多元醇可用于制备硬质聚氨酯泡沫塑料,因此用第二种路线合成的EXPO-N型棕榈油多元醇与工业多元醇4110按不同比例混合后制备一系列聚氨酯泡沫塑料,探讨了棕榈油多元醇对聚氨酯泡沫塑料性能的影响。
首先,第一种合成路线是先将棕榈油中的甘油三酯与甘油发生了酯交换反应得到棕榈油单甘脂和二甘脂的混合物(PO-P);然后采用过氧乙酸法制备了环氧棕榈油单甘脂和二甘脂混合物(EXPO-P);最后,EXPO-P与二乙醇胺发生反应得到高羟基值的棕榈油多元醇(EXPO-P-N),并用红外吸收光谱(FT-IR)对PO、PO-P、EXPO-P以及EXPO-P-N进行了结构表征,并测量了EXPO-P的酸值和环氧值以及PO-P、EXPO-P-N的酸值和羟值。探讨了催化剂(浓硫酸)、乙酸、双氧水用量以及反应时间、反应温度对EXPO-P的环氧值的影响,确定了用过氧乙酸法合成EXPO-P的最佳反应条件为m(PO-P)∶m(浓硫酸)∶m(乙酸)∶m(30%的双氧水)为3∶0.01∶0.7∶1.8,反应时间为6.5 h,反应温度为75℃。在此条件下,合成的EXPO-P的最大环氧值为4.18%。
其次,第二种合成路线是先采用了过氧乙酸法制备了环氧棕榈油(EXPO);然后,EXPO与二乙醇胺发生开环酰胺化反应得到高羟基值的棕榈油多元醇(EXPO-N),并用红外吸收光谱(FT-IR)对PO、EXPO以及EXPO-N进行了结构表征,并测量了EXPO的酸值和环氧值以及EXPO-P的酸值和羟值。探讨了EXPO与二乙醇胺质量比、反应时间及反应温度对EXPO-N的酸值、羟值、红外谱图和转化率的影响。通过各个产物的红外谱图的比较、转化率和羟值大小的比较,确定了EXPO与二乙醇胺最佳反应条件为EXPO与二乙醇胺的质量比为1∶1、反应时间为20 h、反应温度为120℃。
最后,将合成的EXPO-N(1.5∶1)和EXPO-N(1∶1)型棕榈油多元醇分别与工业多元醇4110按不同比例的混合成基础多元醇,再分别与催化剂、均泡剂、发泡剂按一定比例混合后,同异氰酸酯制备一系列的聚氨酯泡沫塑料。用热重分析仪(TGA)研究了它们的热稳定性质,其中在EXPO-N(1.5∶1)型棕榈油多元醇所占的比例为10%(A1)时,它所制得泡沫的热稳定性最佳,并对其进行容重、压缩强度和导热系数的测量,检测结果能够满足QB/T3806-1999《建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料》的要求。