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目前大多数高分子材料都依赖于石油、矿物、天然气等不可再生资源为原料,制备工艺复杂,大多不易生物降解。天然不饱和植物油因其特殊的结构,本身具有一定的降解性,因此由其得到的聚合物,不仅成本低,它们的废弃物还可以减少对环境的危害。植物油多元醇是采用植物油为原料合成的聚氨酯塑料的基础材料,是能源替代和环保的重要发展方向。植物油多元醇结构和性质与石油聚醚具有显著差别,这些差别妨碍了行业的应用和发展,本文以植物油多元醇特殊性能为研究内容。主要工作如下:
本研究以玉米油为主要原料,通过官能化反应合成一系列不同饱和度的环氧玉米油。在催化剂四氟硼酸的作用下,制备一系列不同饱和度甲醇开环多元醇。通过红外光谱(FT—IR)、粘度计、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)对官能化植物油的组成和结构以及性质进行了研究,分析了不同饱和度对环氧油和多元醇的各种性能的影响。
在环氧化反应中,红外光谱分析结构显示玉米油被环氧化。环氧玉米油的红外光谱图,在824cm—1处出现新的吸收峰,这是环氧基团的伸缩振动特征吸收峰。而玉米油的红外光谱中3009cm—1处的C=C—H伸缩振动吸收峰,环氧化反应后随着环氧化程度逐渐加深而慢慢消失。这表明玉米油中的C=C双键已经转化为环氧基团。环氧玉米油的粘流活化能随着环氧值的增大而增大。差示扫描量热法(DSC)测出玉米油被环氧化后所得样品的结构趋向均匀,冷却后只存在一种结晶相,而且随着进一步环氧化,熔点明显升高,这表明环氧化有利于结晶。但是,根据热重分析(TG)结果其热稳定性下降,且环氧玉米油的热稳定性低于玉米油。
在开环反应中,以甲醇为开环试剂所制备的不同饱和度多元醇。红外光谱分析结构显示开环反应后,在824cm—1处吸收峰完全消失,而在3444cm—1处出现新的吸收峰,这是羟基中的O—H伸缩振动特征吸收峰,这说明环氧基团已经开环成功,环氧基团消失,羟基形成。且原料环氧油的环氧值越高,所制备的多元醇的羟基值越高。在相同的温度下,随着羟基值的增加,粘度增加,粘流活化能也明显增加。玉米油羟基化后,由于C=C的键能强于C—O的键能,产品的热稳定性下降,分解温度随着羟基值的升高而不同程度的下降。
玉米油与大豆油结构相识,理化性能相同,所得环氧油和多元醇的性质也基本类似。因此用玉米油可以替代大豆油完全可能实现。