棕榈油基多元醇及聚氨酯发泡材料的制备

作     者：金游 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：申屠宝卿;丘国豪

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚氨酯发泡材料 棕榈油基多元醇 强酸性阳离子交换树脂 微观结构 微相分离程度 热性能 抗压强度 

摘      要：目前聚氨酯工业生产的主要原料异氰酸酯与多元醇多为石油化工衍生物。随着对环境保护及绿色化工的日益关注,重视利用生物质材料,以植物油为原料制备生物基多元醇及其聚氨酯发泡材料具有重要的理论意义和应用价值。 分别采用硫酸和强酸性阳离子交换树脂催化棕榈油的环氧化及环氧棕榈油的开环反应,研究了反应温度和时间对环氧棕榈油环氧值的影响规律,探究了反应温度、时间和开环剂用量对棕榈油基多元醇羟值的影响规律。研究了以强酸性阳离子交换树脂替代无机强酸和固体强酸催化剂循环再利用的可行性。研究结果表明,对于棕榈油的环氧化反应,强酸性阳离子交换树脂与硫酸的催化活性相近,棕榈油在60℃下反应4 h可基本转化为环氧棕榈油,且经5次循环再利用的强酸性阳离子交换树脂仍具有较好的催化活性。对于环氧棕榈油的开环反应,强酸性阳离子交换树脂与硫酸的催化活性相当,反应温度80℃、反应时间6h、羟基与环氧基摩尔比为9:1时其开环反应基本完全,经2次及以上循环再利用的催化剂的催化活性显著降低。 以自制棕榈油基多元醇替代部分石油基聚醚多元醇,研究了棕榈油基多元醇用量对聚氨酯发泡材料微观形态结构及性能的影响。采用棕榈油基多元醇可增大发泡材料软硬段间的氢键化程度,从而降低其微相分离程度。SEM结果表明,随棕榈油基多元醇用量增加,聚氨酯发泡材料的泡孔尺寸减小,开孔率下降。热稳定性结果表明,引入棕榈油基多元醇后聚氨酯发泡材料的初始分解温度略有升高,改善了发泡材料的热稳定性。随棕榈油基多元醇用量增加,聚氨酯发泡材料的交联密度增大。力学性能结果表明,棕榈油基多元醇用量增加对聚氨酯发泡材料的密度无明显影响,而其抗压强度随之增大。 固定棕榈油基多元醇取代量为组合多元醇用量的40%,研究了异氰酸酯指数和发泡剂用量对聚氨酯发泡材料的微观形态结构及性能的影响规律。随异氰酸酯指数和发泡剂用量增加,聚氨酯发泡材料的交联密度增大,玻璃化转变温度升高,泡孔尺寸增大,开孔率降低,且异氰酸酯指数增大至1.4时,聚氨酯发泡材料的泡孔结构呈不规则的长条状。力学性能结果表明,随异氰酸酯指数增加,聚氨酯发泡材料的抗压强度先增大后降低,随发泡剂用量增加,发泡材料的抗压强度降低。