摘要：本文以麦草碱木质素为原料,经过精制和环氧氯丙烷改性后得到精制碱木质素和改性碱木质素,采用一次发泡法分别合成了两种碱木质素基硬质聚氨酯泡沫。通过单因素和正交实验,探讨了聚醚多元醇的选择、异氰酸酯指数、催化剂体系以及匀泡剂用量对反应过程的影响,优化了即的合成工艺。反应物物料的优化配方为聚乙二醇、份,份硅油、份正戊烷和份三乙烯二胺,异氰酸酯。在试验中,碱木质素按不同比例代替聚醚多元醇与多亚甲基多苯基多异氰酸酷合成了,并系统分析了木质素的添加对合成的力学性能、表观密度、热学性能、耐老化性的影响。
关键词：精制碱木质素，改性碱木质素，硬质聚氨酯泡沫，力学性能，耐老化性。
1.引言
随着社会的飞速发展,石油资源日趋枯竭,各种来自石油的高分子单体受到限制,严重影响了工业生产的原料来源。面对这种能源和原料的紧张局面,人们自然把目光转向对生物质资源的高效利用上。通过凝胶聚合反应和发泡反应,形成多孔聚氨酯泡沫塑料,制品分为发泡制品和非发泡制品两类,发泡制品有软质、硬质和半硬质泡沫塑料,非发泡制品包括涂料、粘合剂、合成皮革、弹性体和弹性纤维等。材料性能优异,用途广泛,制品种类多,其中尤以泡沫塑料的用途最为广泛。造纸制浆工业的副产物木质素既含有酚羟基,又含有醇羟基,可部分代替二元醇与二异氰酸酯进行缩聚反应合成聚氨酯,近年来这项研究成为生物质原料在高分子领域应用的热点之一。
2.主要内容与目的
2.1聚氨酯硬泡是近几十年来泡沫塑料领域的研究热点之一。在木质素的诸多利用研究中,利用木质素的轻基反应来制备木质素产品是最具有推广应用前景的一种。木质素在聚氨酯中的应用不仅是生物质资源有效利用的一个途径,还赋予聚氨醋优良的耐热以及压缩性能,'。鉴于此,本研究预探求利用碱木质素,即以造纸黑液酸化后不同沉降段的混合物为原料,通过精制、化学改性,聚合制备成木质素多元醇树脂,再经调配发泡,合东成可用作隔热保温、充填和防水材料的木质素聚氨酯泡沫材料。通过与不添加木质素的空白对照聚氨酯材料进行力学性能、表观密度、热学性能及耐老化性能等的比较,系统的分析木质素添加对聚氨酯硬泡各项性能的影响。具体研究内容如下采用酸析法精制从造纸黑液中回收的粗碱木质素,然后测定其官能团含量及其它成分。使用环氧氯丙烷对碱木质素改性,然后测定其改性前后羟基含量变化情况。通过单因素分析及正交实验手段,确定的最佳合成工艺,分析各参数对产品性能的影响。合成精制木质素基,通过力学性能、热学性能、耐老化性能、密度、导热系数等测试,分析碱木质含量对即的影响,确定最佳添加量。使用与碱木质素中活性基团具有相同基本结构的小分子化合物作为模型物,使用傅立叶变换红外分析法对碱木质素与异氰酸酯反应活性进行研究。合成改性木质素基,通过类似研究方法,分析改性木质素基卫各项性能,与精制木质素进行比较。
2.2采用酸析沉淀法精制了粗碱木质素,并使用环氧氯丙烷对精制木质素进行了化学改性。对粗木质素、精制碱木质素以及改性木质素的水分、灰分、木质素含量及糖分含量进行了比较分析。结果表明,粗碱木质素中水分含量较高,同时残存碱木质素的精制与改性一定量的硅酸盐和碳水化合物,精制木质素中水分、灰分及糖分含量均明显降低,伺时木质素含量大大提高,达到,说明粗木质素经过碱溶解、酸沉淀,较大程度的提高了木质素原料的纯度和利用率。经过环氧氯丙烷改性后得到的改性木质素,其成分中水分和碳水化合物含量有所降低,分别为和,而灰分含量有所提高,总木质素含量较精制木质素提高了。精制与改性后的木质素均可直接作为合成聚氨酷泡沫的原料使用。测定了精制碱木质素的官能团含量,其主要活性官能团总经基、醇羟基和酚羟基含量分别为、和,同时对其酸度、经基含量和拨基含量也进行了测定,分别为,和。由于改性木质素溶解性较差,无法对官能团进行准确分析。
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2.3由于麦草碱木质素中能够与异氰酸醋发生氢转移反应的酚经基含量较低,而且木质素球形分子颗粒的位阻效应对碱木质素与异氰酸酯发生反应以及反应程度有着显著的影响。然而,碱木质素与合成的硬质聚氨酯泡沫分子量大、结构复杂,无法在有机溶剂中溶解,因此,单纯对高分子聚氨醋泡沫采用红外光谱、液相色谱等方法无法有效的表征碱木质素分子的反应程度与存在形式。碱木质素中能够与异氰酸酷发生氢转移反应的主要是酚轻基官能团,因此选择结构与木质素基本单元结构类似的化合物作为模型物与异氰酸酯反应,能够较为有效地表征碱木质素与异氰酸酯的反应机理。愈创木酚、香兰素、阿魏酸这三种物质都具有邻甲氧基酚结构,香兰素和阿魏酸在酚经基的对位分别为醛基和梭基这些具有活泼氢的官能团,使用它们作为模型物与过量的反应,可以考察碱木质素中的其它基团与异氰酸酷的反应情况。三种模型物的在合成聚氨酯泡沫过程中,由于木质素中存在少量碳基易与异氰酸酯反应形成凝胶状的非均相聚合物,造成固化过程中木质素聚氨醋凝胶化使得收缩应力集中产生碎裂,表现力学参数下降等性能缺陷。为解决以上问题,一般认为以木质素为原料制备聚氨酷泡沫,关键在于提高木质素与异氰酸酯之间的反应程度,提高木质素在聚氨酯中的反应活性。
3.结论
本论文利用碱木质素为原料,通过精制、化学改性,再经调配发泡、优化工艺,合成了木质素基砂通过与空白即对照,进行力学性能、表观密度、热学性能及耐老化性能等的比较,系统的分析了木质素的添加对即各项性能的影响同时,本文通过对与木质素单元结构相似的模板剂的红外检测,推断出木质素与交联反应的机理,并对改性木质素进行了比较分析,主要结论如下采用酸析沉淀法精制了粗碱木质素,对精制木质素进行了环氧氯丙烷改性,并对这两种木质素的水分、灰分、木质素含量以及糖分进行了比较分析,精制与改性后的木质素均可直接作为合成聚氨醋泡沫的原料使用。通过单因素分析及多因素正交实验,确定了即的最佳合成工艺,采用异氰酸酯指数为,的聚醚多元醇,具体合成条件为以聚乙二醇、作为原料,硅油、正戊烷和三乙烯二胺为添加剂,所得到的即泡孔均匀,反应速度适中。合成了以木质素分别代替聚醚多元醇的,并系统地研究了木质素添加量对泡沫各项性能的影响,结果表明,合成木质素基即的最佳木质素添加量范围为,实际应用时可选巧,此时泡沫产品的各项参数均符合工业生产要求且性能最佳。以香兰素、愈创木酚具有邻甲氧基酚结构的小分子物质作为模板剂,红外检测表明两种模板剂中的酚轻基均能够与队发生反应且转化率较高,进一步说明由这几种基本单元组成的木质素结构体也能在某种程度上与进行交联作用,但反应程度不完全,这在即的其他性能评价中均有所体现。改性后的聚氨酷产品耐碱性又有所提高。
参考文献
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论文作者:李昊
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/15
标签：木质素论文; 聚氨酯论文; 性能论文; 含量论文; 官能团论文; 泡沫论文; 异氰酸论文; 《基层建设》2017年6期论文;