新型松香聚醚多元醇及硬质聚氨酯泡沫塑料的合成研究

论文摘要

本文针对当前化石资源短缺以及“白色污染”日益严重的问题,研究了以生物质资源松香为原料,和甲醛、环氧丙烷、环氧乙烷反应合成新型聚醚多元醇,以其作为反应组分之一制备对环境友好的硬质聚氨酯泡沫塑料,这一研究工作未见文献报道。研究了以松香和甲醛为原料,对甲苯磺酸为催化剂进行的Prins（羟甲基化）反应。采用单因素实验和正交实验方法,考察了各反应因素对羟甲基化程度的影响,并优化出合成羟甲基松香的最佳工艺条件:催化剂对甲苯磺酸用量为松香质量用量的0.8 %,反应温度为100℃,反应时间为6 h,甲醛和松香的摩尔比为3:1。产物羟甲基松香的羟值为236 mg .g-1,原料转化率为80.56 %。对产物分子结构进行了FT-IR、1H NMR、GC-MS的分析和表征,依据分析和表征结果对反应机理进行了初步探讨。研究了以羟甲基松香和丙三醇（羟甲基松香质量占40～100 %）为起始化合物,KOH为催化剂,与环氧丙烷和环氧乙烷进行的嵌段缩聚反应,对反应产物进行提纯得到颜色由棕色到黄色的不同羟甲基松香含量和不同环氧链节的新型松香聚醚多元醇,对性能进行了测试,能够满足制备硬质聚氨酯泡沫塑料的粘度和羟值要求;确定了嵌段缩聚反应的优化工艺条件:催化剂KOH用量为氧化烯烃量的0.5 %;聚合方式为分批加料法,先通环氧丙烷与起始剂反应,再以环氧乙烷封端的方式;聚合温度为110～115℃,聚合压力0.40 MPa;粗聚醚精制条件为纯水3.8 %、磷酸0.7 %、助剂0.1 %;抽真空温度为100～110℃,压力1.3 kPa。最后通过FT-IR、TGA等方法对新型松香聚醚多元醇进行了结构分析。研究了以多元醇、异氰酸酯,发泡剂（水、F-141b）、表面活性剂、催化剂及其它助剂等为原料,采用一步法制备具有良好性能的新型松香硬质聚氨酯泡沫塑料的工艺技术。在试验中使用了不同羟甲基松香分子结构的松香聚醚多元醇,考察了不同多元醇的反应活性和不同比例的[NCO]/[OH]对材料耐热性的影响,并对泡沫塑料样品进行了FT-IR、TGA、SEM及热分解动力学研究。结果表明:松香环状结构和环上多羟甲基的引入能提高多元醇的反应活性,泡沫材料的耐热性能、压缩强度及热分解活化能;通过对新型松香硬质聚氨酯泡沫塑料进行了结构与材料性能关系的研究,为其应用研究提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 研究评述
• 1.3 研究目标和主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 第二章 羟甲基松香的合成与结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 合成反应原理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验原料、试剂及仪器
• 2.3.2 制备方法
• 2.3.3 分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 羟甲基松香制备工艺的影响因素
• 2.4.2 Prins 反应机理探讨与产物结构分析
• 2.5 小结
• 第三章 新型松香聚醚多元醇的合成及结构表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料试剂、反应装置与仪器
• 3.2.2 制备方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 松香聚醚多元醇合成及性能测试结果
• 3.3.2 合成工艺条件的选择
• 3.3.3 红外分析
• 3.3.4 热失重TGA 分析
• 3.4 小结
• 第四章 新型松香硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 反应原理
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验原料、试剂及仪器
• 4.3.2 硬质聚氨酯泡沫塑料的多组分发泡基本配方
• 4.3.3 硬质聚氨酯泡沫塑料的制备
• 4.3.4 分析方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 多元醇的物性、反应特性及发泡行为
• 4.4.2 聚氨酯硬质泡沫塑料的化学分子结构和微观形态分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 在读期间的学术研究
• 致谢