竹废料液化产物制备可生物降解聚氨酯泡沫的研究

摘要

将废弃的生物质液化成化工原料，替代石化产品，可以减少废弃物对环境的污染，减少人类对石化资源的消耗与依赖，同时使大量废弃的生物质资源被增值转化。作为蓬勃发展中的生物柴油企业主要的联产品，粗甘油的产量已经超出传统化工行业的需求，将粗甘油作为液化剂不仅可以降低液化成本，而且还能显著抑制液化产物中木素碎片的二次缩合。本文利用聚乙二醇400与粗甘油的混合物为液化剂对竹废料的液化进行了研究，将竹废料液化产物(LB)作为反应组分之一制备了环境友好的可降解聚氨酯半硬质泡沫。 本文对竹废料的溶剂液化进行了系统的实验研究，确定4/1(w/w)的聚乙二醇400与粗甘油为液化剂，浓硫酸为催化剂；研究了液化过程中液化温度、固液比(竹废料/液化剂，w/w)、催化剂用量、液化时间等主要参数对竹废料液化效果的影响。在此基础上，利用正交试验在固液比3/10时优化了竹废料的液化工艺，得到最佳的工艺参数为催化剂用量4％，液化温度170℃，液化时间150min；该条件下，液化竹废料得到的液化产物残渣率0.615％，黏度977mPa·s；羟值200.39mgKOH/g，酸值48.36mgKOH/g，符合聚氨酯半硬质泡沫对多元醇原料的要求。借助红外光谱对其结构进行分析，证明竹废料液化产物是一种富含羟基的植物多元醇，且竹废料中的纤维素及半纤维素被完全液化，木质素部分被液化。 以竹废料液化所得多元醇代替聚醚多元醇，采用全水发泡法制备具有良好性能的环境友好的聚氨酯半硬质泡沫(LB-PU)。研究了异氰酸根指数、不同固液比的竹废料液化产物、水分含量、催化剂用量及硅油用量对聚氨酯泡沫性能的影响。对LB-PU泡沫的化学结构、泡孔结构及热稳定性进行了分析，红外光谱分析表明LB-PU泡沫与普通PU泡沫具有相同的氨基甲酸酯基本结构。SEM照片显示，不同异氰酸根指数下的LB-PU泡沫的微观结构差别很大，异氰酸根指数为1.0时，泡孔结构均匀，闭孔率高。而且泡孔结构与其机械性能密切相关，泡孔结构越均匀，闭孔率越高，泡沫的机械性能越好。TG和DSC分析发现LB-PU泡沫耐热性比普通聚氨酯泡沫耐热性好。 通过土埋试验和受控堆肥试验对LB-PU泡沫的可生物降解性进行了研究，并以填充淀粉的LB-PU作为对比样。土埋试验表明LB-PU泡沫在土壤环境中能缓慢的降解，8个月后，填充淀粉LB-PU泡沫失重率达到6.59％，而未填充淀粉的LB-PU泡沫失重率为5.12％。45天的受控堆肥降解试验后，LB-PU泡沫生物降解率达到了34.72％，而填充淀粉的生物降解率达到了38.57％。填充淀粉的LB-PU泡沫降解的快，主要是淀粉容易降解，但能否促进微生物对LB-PU泡沫化学结构的破坏仍需要进一步的研究证明。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略符号说明

声明

第一章绪论

引言

1.1生物质液化技术的研究进展

1.1.1苯酚作液化溶剂

1.1.2水作液化溶剂

1.1.3环碳酸盐作液化溶剂

1.1.4多元醇作液化试剂

1.2聚氨酯材料的研究概述

1.2.1国内外聚氨酯工业的发展概况

1.2.2聚氨酯泡沫塑料合成的基本原理

1.2.3生物质基聚氨酯材料的研究进展

1.3生物降解材料的研究概述

1.3.1生物降解性的评价方法

1.3.2生物降解材料的生物降解机理

1.3.3生物质基聚氨酯材料的生物降解性的研究进展

1.4研究意义和主要研究内容

1.4.1研究意义

1.4.2主要研究内容

第二章竹废料液化工艺的研究

引言

2.1试验原料与方法

2.1.1竹废料

2.1.2竹废料的成分分析

2.1.3粗甘油的预处理

2.2竹废料液化试验

2.2.1液化工艺过程

2.2.2液化试验装置

2.2.3液化产物分析指标

2.3结果与讨论

2.3.1竹废料的化学成分分析

2.3.2液化体系的确定

2.3.3液化温度对竹废料液化效果的影响

2.3.4固液比对竹废料液化效果的影响

2.3.5催化剂用量对竹废料液化效果的影响

2.3.6液化时间对竹废料液化效果的影响

2.4本章小结

第三章竹废料液化工艺优化及液化产物红外表征

引言

3.1材料和仪器

3.1.1试验材料

3.1.2主要仪器设备

3.2试验方法

3.2.1正交试验

3.2.2液化产物的分离及红外分析

3.3结果与讨论

3.3.1正交试验结果分析

3.3.2红外光谱分析

3.4本章小结

第四章竹废料基聚氨酯半硬质泡沫的研究

引言

4.1材料和仪器

4.1.1试验材料

4.1.2主要仪器设备

4.2试验方法

4.2.1聚氨酯泡沫制备工艺

4.2.2确定异氰酸酯的用量

4.2.3聚氨酯泡沫的性能测试

4.3结果与讨论

4.3.1异氰酸根指数对泡沫体性能的影响

4.3.2不同固液比的LB对泡沫体性能的影响

4.3.3水分含量对泡沫体性能的影响

4.3.4催化剂用量对泡沫体性能的影响

4.3.5硅油用量对泡沫体性能的影响

4.4本章小结

第五章竹废料基聚氨酯半硬质泡沫的分析表征

引言

5.1材料和仪器

5.1.1试验材料

5.1.2主要仪器设备

5.2分析方法

5.2.1傅立叶红外分析(FT-IR)

5.2.2扫描电子显微镜(SEM)

5.2.3热重分析(TG)

5.2.4差示扫描(DSC)

5.3结果与讨论

5.3.1LB-PU泡沫的红外光谱分析

5.3.2 LB-PU泡沫的泡孔结构分析

5.3.3 LB-PU泡沫的热重分析

5.3.3LB-PU泡沫的DSC分析

5.4本章小结

第六章竹废料基聚氨酯半硬质泡沫的可生物降解性研究

引言

6.1材料和仪器

6.1.1试验材料

6.1.2主要仪器设备

6.2试验方法

6.2.1土埋试验

6.2.2受控堆肥实验

6.3结果与讨论

6.3.1土埋试验结果分析

6.3.2受控堆肥试验结果分析

6.4本章小结

第七章结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果