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植物油多元醇的制备及其改性异氰酸酯胶粘剂的研究

作　者: 张亚东
导　师: 顾继友
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 大豆油多元醇聚氨酯异氰酸酯胶粘剂木材胶接
分类号: TQ433.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着社会的发展,化工产品的用量越来越大,其原料主要来自于化石资源。由于化石资源的储量有限,且利用过程中可能会带来环境污染,所以人类摆脱完全依靠化石资源,充分利用绿色、可再生资源是未来化学工业发展的趋势。植物油是一种绿色、可再生资源。将植物油环氧-羟基化,可制得植物油基多元醇,可以替代聚酯或聚醚多元醇等石油化工产品。聚氨酯是一类应用十分广泛的化工产品,它的主要原料之一就是多元醇,植物油在聚氨酯行业中应用及研究早已开展,但仅限于蓖麻油和聚氨酯泡沫方面。本文的主要内容是以大豆油(SOB)为例,通过环氧*羟基化制得大豆油基多元醇(SOP),并将其应用于木材用单组份湿固化型异氰酸酯胶粘剂。论文首先对环氧大豆油(ESO)的制备进行了研究。通过一系列对比实验,探讨双氧水、甲酸用量以及搅拌速度对双键反应转化率的影响。论文可以制得产物的环氧值e达到6.4,双键转化率高达88.89%。通过红外谱图分析,新产生的环氧基团的确是由C=C基团参与反应转化而来的,其他峰位没有变化,说明反应生成物在保留大豆油基本结构下,引入了新的环氧基团。探讨了SOP的制备中,甲醇和异丙醇用量对环氧基团反应转化率的影响,论文可以制得产物的羟值达到198.8mgKOH/g,环氧键转化率高达94.8%。通过红外图谱分析,新产生的羟基是由环氧基团转化而来的,其他峰位没有变化,说明反应生成物在保留环氧大豆油基本结构下,引入了新的羟基基团。将合成的SOP与多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)按SOP/PAPI体系反应制备异氰酸酯胶粘剂。与常规的异氰酸酯胶粘剂一样,在该体系中大豆油基多元醇的羟值和R值(投料时-NCO与-OH的摩尔比,异氰酸酯指数)对胶粘剂的贮存期、强度和热稳定性都有一定的影响,但相比于PEG-400/PAPI体系,贮存期和强度均不理想。对SOP/PEG-400/PAPI体系的异氰酸酯胶粘剂进行研究,考察不同的SOP用量对胶粘剂贮存期和强度的影响。SOP用量增加,对胶粘剂强度有负面的影响；而当用量在20%(羟基摩尔比)以内时,对贮存期影响作用不大；在热稳定性方面,5%失重率的温度有很大提高,热分解阶段减少一个,热稳定性明显提高。接着考察不同SOP羟值对SOP/PEG-400/PAPI体系的异氰酸酯胶粘剂性能的影响。在大豆油多元醇与PEG-400羟基比固定为20%时,随着羟值的增加,引入SOP的质量相对减少,干、湿态强度都有所下降,但对贮存期没有明显影响,5%失重率的温度有所下降,热分解阶段却没有变化。以SOP羟值为69mgKOH/g、SOP-OH/PEG-OH摩尔比为20%、R=7、固含量80%时,制备的异氰酸酯胶粘剂最终CPS达到21.06MPa,贮存期大于3个月,其中,湿循环CPS达到12.04MPa,比纯PEG/PAPI体系提高26.01%,热稳定性能也有显著提高。从以上实验发现：在低羟值的情况下(一般在70-90mgKOH/g官能度在1.16～1.76之间),使用SOP用量越多,干态强度略有降低,但湿强度和热稳定性方面也都有不错的提高,贮存期没有影响。由此可推测,对于该体系的异氰酸酯胶粘剂,甘油三酸酯分子在氨基甲酸酯链段上,接枝优于嵌段。过分的嵌段和交联会导致分子链长度偏小,粘度增加,微相区分离,使胶粘剂贮存期和干、湿强度降低。这也从侧面说明了具有天然羟基的蓖麻油受到羟值固定的影响,不能够在异氰酸酯胶粘剂方面广泛应用,从而突出了本论文研究的意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-22
  1.1 植物油的简介  12-14
    1.1.1 植物油的概况  12-13
    1.1.2 植物油的结构  13-14
  1.2 植物油基类产品的简介  14-17
    1.2.1 环氧植物油  14-15
    1.2.2 植物油基多元醇  15-17
  1.3 植物油基聚氨酯的简介  17-20
    1.3.1 聚氨酯的简介  17-18
    1.3.2 聚氨酯胶粘剂的简介  18-19
    1.3.3 蓖麻油在聚氨酯的应用  19
    1.3.4 其他植物油在聚氨酯的应用  19-20
  1.4 论文的意义及研究内容  20-22
    1.4.1 论文的意义  20-21
    1.4.2 论文的内容  21-22
2 环氧大豆油的制备与表征  22-30
  2.1 实验部分  22-26
    2.1.1 实验原料  22
    2.1.2 实验仪器和装置  22-23
    2.1.3 环氧植物油的合成  23
    2.1.4 分析方法  23-26
  2.2 实验结果与分析  26-29
    2.2.1 双氧水用量对转化率的影响  26-27
    2.2.2 甲酸用量对转化率的影响  27
    2.2.3 搅拌速度对转化率的影响  27-28
    2.2.4 较优实验条件验证  28
    2.2.5 环氧大豆油的红外光谱表征  28-29
  2.3 本章小结  29-30
3 大豆油基多元醇的制备与表征  30-36
  3.1 实验部分  30-31
    3.1.1 实验原料  30
    3.1.2 实验仪器和装置  30
    3.1.3 大豆油基多元醇的合成  30
    3.1.4 分析方法  30-31
  3.2 结果与讨论  31-35
    3.2.1 甲醇用量对多元醇的影响  32-33
    3.2.2 异丙醇用量对多元醇的影响  33
    3.2.3 反应时间对多元醇的影响  33-34
    3.2.4 较优实验条件验证  34
    3.2.5 大豆油基多元醇的红外光谱表征  34-35
  3.3 本章小结  35-36
4 大豆油基异氰酸酯胶粘剂的制备与表征  36-51
  4.1 实验部分  36-38
    4.1.1 实验原料  36
    4.1.2 实验仪器和装置  36
    4.1.3 异氰酸酯胶粘剂的合成  36-37
    4.1.4 分析方法  37-38
  4.2 实验结果与讨论  38-49
    4.2.1 反应原理  38-40
    4.2.2 SOP/PAPI胶粘剂  40-44
    4.2.3 SOP/PEG/PAPI胶粘剂  44-49
  4.3 本章小结  49-51
结论  51-53
参考文献  53-57
攻读学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58-59

植物油多元醇的制备及其改性异氰酸酯胶粘剂的研究

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