收藏本站
《昆明理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

麦秆液化制备可降解聚氨酯泡沫材料方法及机理研究

陈秋玲  
【摘要】:麦秆是我国主要的农业废弃物之一,产量巨大。由于缺乏高附加值的利用,每年大量麦秆被直接焚烧于田间地头,不仅浪费资源而且严重污染环境。以麦秆为原料制备聚氨酯泡沫材料,既可缓解以石油为原料的聚氨酯所面临的原料紧缺、环境污染等问题,又为麦秆等农业废弃物的高附加值利用提供新途径,对我国发展循环经济、低碳经济具有重要意义。 目前,以麦秆为原料制备聚氨酯泡沫材料鲜有研究,特别是植物纤维整体液化时纤维素、木质素等主要成分的液化反应机理还未见报道。因此,本论文着重研究以麦秆为主要原料,经微波预处理后进行多羟基醇液化并进一步制备可降解聚氨酯泡沫材料的方法和相关机理。 论文首先以液化残渣率作为液化效果的评价指标,研究了在浓硫酸(H2SO4)催化下,麦秆纤维在聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)和乙二醇(ethylene glycol, EG)混合溶液中液化的工艺,结果表明,麦秆纤维液化的最佳工艺条件为:麦秆纤维含水率约为10%,粒径2-12目,液固比为5:1,反应时间60min,温度160℃,EG用量为20%,浓硫酸用量3%。在该条件下所得残渣率为4.8%,可以用作生物质多元醇。 为研究麦秆纤维液化机理,论文采用有机溶剂萃取和柱层析相结合的方法,对麦秆液化混合液进行逐级分离和提纯,得到三种由麦秆纤维液化反应生成的化合物(化合物1,2,3),通过NMR及MS等分析鉴定其结构,结果表明:化合物1主要是麦秆纤维降解得到的混合多糖组分;化合物2为乙酰丙酸与不同聚合度的乙二醇酯,是由纤维素降解而来;化合物3含有2分子苯环,是含有愈创木基木质素和对羟基苯基木质素结构单元的酯类化合物。根据化合物2的结构特征,结合液化过程中羟值、酸值和残渣率以及残渣化学结构的变化,提出麦秆中纤维素的液化机理:纤维素在多羟基醇中的降解同时存在醇解-酯化和水解-酯化两种反应过程,并且水解反应对麦秆纤维的整体液化具有一定的催化作用。根据化合物3的结构,提出了木质素的多羟基醇降解机理:木质素首先在酸、水和醇的作用下发生降解生成对香豆醇、芥子醇等结构单元,其后发生氧化和酯化反应,同时酚羟基与液化试剂多元醇形成醚。上述三种化合物均富含羟基,因此均可直接与异氰酸酯反应制备聚氨酯材料,并且由于在多元醇中引入大量酯基,所制备的聚氨酯材料具有较好的生物降解性。 为进一步提高液化效率,论文以水为介质,将麦秆纤维在不同的微波条件下进行预处理,研究微波处理对液化效率的影响,并利用FTIR, SME、XRD、DSC等仪器分析方法对微波处理前后的麦秆纤维形貌、化学结构和聚集态结构等进行分析对比,研究了微波加速液化反应的机理。结果表明:微波作用可显著降低液化残渣率,缩短反应时间,在最佳工艺条件下(微波功率340w,处理时间3min),微波处理可将液化时间由60min缩短为40min,或将硫酸催化剂用量由3%减小为2%,对液化效率提高作用明显;研究发现微波只是加快了液化反应的速率,不会改变液化反应的历程,微波加速麦秆纤维液化可能是通过微波的“致热作用”和“非致热作用”,一方面溶解部分木质素和半纤维素,破坏其对纤维素的包裹作用;另一方面使纤维素的结晶度降低,可及度变大,从而增强反应活性。 利用液化所得到的混合液化产物(LWS)制备了可降解聚氨酯泡沫材料(polyurethane foam made of liquefied wheat straw, LWSPUF),最佳工艺条件为:催化剂用量为2%辛酸亚锡和1%三乙烯二胺,硬泡硅油泡沫稳定剂加入量为3%,发泡剂水用量2%,异氰酸酯指数为1.3,在此条件下室温发泡制备的聚氨酯泡沫压缩强度为169.35kPa,密度为35kg/m3,比相同条件下用传统化工原料PEG400制备的聚氨酯泡沫材料PEGPUF性能更好;红外和DSC分析表明,LWSPUF具有聚醚酯型聚氨酯的特征,其热稳定性好于PEGPUF。采用土埋法和简化的受控堆肥法评价聚氨酯泡沫降解性,结果表明,LWSPUF在土埋或受控堆肥条件下降解都明显比PEGPUF快,土埋条件下,180天质量损失达7.5%,而在受控堆肥条件下,84天可降解8.5%;综合分析结果表明,LWSPUF的生物降解主要是由于植物液化时产生的大量多糖和聚醚酯多元醇通过与异氰酸酯反应而留在聚氨酯高分子骨架中,在土壤微生物作用下,残留的糖苷键和酯键易于断裂,从而引起聚氨酯大分子的降解。 通过本论文的研究提出了一种利用麦秆液化制备生物质多元醇并进一步制备可降解聚氨酯泡沫材料的新方法,提出了麦秆主要成分的液化降解机理和微波预处理加速液化的作用机理,为麦秆高附加值利用提供理论和实验基础。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;聚氨酯原料概述[J];聚氨酯;2007年10期
2 ;下游动态[J];聚氨酯;2011年04期
3 赵琛;;不使用CFC的聚氨酯泡沫材料[J];应用化工;1993年03期
4 艾军,陆仁书;不同引发剂麦秆纤维化学接枝的表征[J];林产工业;2001年03期
5 艾军,陆仁书;预热处理对麦秆纤维板性能的影响[J];木材工业;2001年02期
6 何宽新;;聚氨酯泡沫的火灾危险性及防范措施[J];科技信息(科学教研);2008年21期
7 杨芝发;;耐燃聚氨酯泡沫材料的制法[J];广东化工;1990年04期
8 戴劭谷;;软质聚氨酯泡沫材料承载性能测试方法的研究[J];现代塑料加工应用;1992年02期
9 于建明,庄秋霖,陶肖明,蔡忠龙,司徒丘山;填充氧化铝的聚氨酯泡沫材料在牛仔服水洗中的应用[J];纺织学报;1999年03期
10 贾莉莉;毕红;王亚芬;;聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年05期
11 ;前景广阔的麦秆纤维浆粕[J];中小企业科技;1996年11期
12 王海福,冯顺山;爆炸载荷下聚氨酯泡沫材料中冲击波压力特性[J];爆炸与冲击;1999年01期
13 ;耐高温聚氨酯泡沫保温材料[J];技术与市场;2010年12期
14 陶萍;廖彬;谭云;郭正权;;聚氨酯泡沫和硅泡沫材料吸释水性能初步研究[J];计测技术;2010年S1期
15 路长;孟牒;余明高;董艳军;;聚氨酯泡沫材料阴燃向明火转化影响因素实验研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2010年06期
16 朱俐静;谌凡更;;植物纤维基聚氨酯材料的研究进展[J];生物质化学工程;2011年04期
17 ;朗盛推出保温材料用聚氨酯阻燃剂[J];橡胶参考资料;2011年03期
18 丁雪佳;薛海蛟;李洪波;吴恒澜;唐斌;;硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展[J];化工进展;2009年02期
19 ;LNG船将用上国产绝热材料[J];化工经济技术信息;2007年10期
20 肖纯栋;张晨杰;谢启源;;香烟头引燃不同密度的聚氨酯泡沫实验研究[J];建筑安全;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 张文博;孙旭阳;武德珍;;聚氯乙烯改性聚氨酯泡沫材料的制备及其性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
2 姜锡权;吴昊;;利用加长型霍普金森压杆研究聚氨脂泡沫材料在低应变率大应变条件下的动态力学性能[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
3 焦健;房桂干;孔振武;郝明显;张然;赵乐浒;;苯甲基化预处理对制浆过程废弃物液化反应的影响[A];第二届中国林业学术大会——S11 木材及生物质资源高效增值利用与木材安全论文集[C];2009年
4 邹献武;秦特夫;杨智;张小玲;黄洛华;李改云;;木材正辛醇液化产物的红外光谱分析[A];第十五届全国分子光谱学术报告会论文集[C];2008年
5 谷小会;周铭;史士东;;煤加氢液化所得沥青烯的热解色谱质谱分析[A];第十五次全国色谱学术报告会文集(上册)[C];2005年
6 ;化工产业将获更有力技术支撑[A];中国无机盐工业协会专家委员会扩大工作会议暨节能减排研讨会论文集[C];2007年
7 夏伟平;彭浩;张德祥;;基于微型高压釜的神华补连塔煤直接加氢液化动力学[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 记者 陈震;86单位存重大火灾隐患[N];深圳特区报;2009年
2 小力;我国TDI缺口依然很大供需不平衡依赖进口[N];中国包装报;2009年
3 农业部环保机械设备及船用产品质量监督检验测试中心第一检验室主任、高级工程师 赵 平;救生圈:按要求配备 需定期保养[N];中国质量报;2003年
4 中国建筑金属结构协会塑料门窗委员会 易序彪;“十二五”期间应大力推广节能门窗[N];中国建材报;2011年
5 记者 罗兵;易燃保温材料不宜推广使用[N];中国质量报;2011年
6 记者 赵鸿飞 通讯员 文书启 谭峰;依法强化消防监督整治火灾隐患[N];深圳商报;2009年
7 吕伟;环境保护法规推动汽车研究和开发[N];中国纺织报;2009年
8 本报记者 张亮;公安部消防局督导组夜查北京[N];法制日报;2009年
9 记者王丽丽 通讯员卢卫民 李艺;十年研制完成 技术世界领先[N];中国煤炭报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈秋玲;麦秆液化制备可降解聚氨酯泡沫材料方法及机理研究[D];昆明理工大学;2010年
2 艾军;麦秆纤维特性及脲醛树脂麦秆纤维板工艺的研究[D];东北林业大学;2001年
3 孙德文;聚氨酯纳米复合泡沫材料的制备及表征研究[D];兰州大学;2011年
4 李显;神华煤直接液化动力学及机理研究[D];大连理工大学;2008年
5 夏筱红;煤中有害元素直接液化迁移行为及其环境效应[D];中国矿业大学;2009年
6 黄珏;煤直接液化轻质油的芳烃分离与液化产物再加氢行为研究[D];华东理工大学;2011年
7 岳晓明;煤及其萃余物和液化残渣的催化加氢裂解[D];中国矿业大学;2012年
8 朱本城;废弃刨花板的苯酚液化及其生成物的树脂化材料制备[D];北京林业大学;2008年
9 蔡俊青;甲烷气氛下煤快速液化反应特性研究[D];天津大学;2008年
10 刘鑫;热处理及金属催化对石油焦气化过程的影响研究[D];华东理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕微;小桐子油多不饱和脂肪酸(PUFAs)分离及聚氨酯泡沫材料的制备[D];中国林业科学研究院;2011年
2 巫丽英;麦秆/聚乳酸绿色复合材料的制备及界面性能改善[D];东华大学;2013年
3 张永力;麦秆粉/HDPE复合塑料注塑成型的实验研究[D];郑州大学;2010年
4 韩春国;木质纤维—氨基树脂模塑料的制备与性能研究[D];中国林业科学研究院;2011年
5 杨美玲;化学发泡麦秆粉/HDPE复合材料注塑制品机械性能研究[D];郑州大学;2012年
6 潘晖;麦秆木材混合中密度纤维板的研究[D];东北林业大学;2002年
7 左志越;杨木屑多元醇液化及聚氨酯泡沫材料的制备[D];中国林业科学研究院;2011年
8 刘昌华;麦秆的多元醇液化工艺研究[D];昆明理工大学;2012年
9 梁婷婷;三维无纺衬垫材料原料配方与性能研究[D];苏州大学;2011年
10 孟牒;物理条件对聚氨酯泡沫材料阴燃及向明火转化过程影响的实验研究[D];河南理工大学;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978