固体超强酸催化废油脂合成环氧脂肪酸单酯增塑剂及其在橡胶中的应用

摘要

目前，一般以天然油脂（如大豆油、亚麻油、棉籽油等）为原料来制备环氧脂肪酸单酯增塑剂，其制备成本高，阻碍了生物基环保增塑剂的快速发展。而废油脂中含有大量的高级脂肪酸甘油酯，可作为制备环氧脂肪酸单酯增塑剂的原料，不仅可以降低制备成本，还减少了废油脂对环境的直接污染，有效实现了废油脂的回收利用。
　　本论文尝试对SO42﹣/ZrO2固体超强酸催化剂进行改性，在SO42﹣/ZrO2固体超强酸中同时引入了Al2O3、稀土镧元素和ZSM-5分子筛，制备了具有高催化活性、高稳定性、比表面积大等优点的La3﹢/SO42﹣/ZrO2-Al2O3/ZSM-5固体超强酸催化剂，并用其催化废油脂的酯交换反应。论文的主要研究内容包括以下三个方面：
　　（1）以ZrOCl2·8H2O、AlCl3·6H2O、La2O3和ZSM-5为主要原料，采用沉淀-浸渍法制备了La3﹢/SO42﹣/ZrO2-Al2O3/ZSM-5催化剂，并用红外光谱（FT-IR）、热重分析（TG）和XRD射线粉末衍射对产物结构进行了表征。结果表明，合成的催化剂具有超强酸性，是一种固体超强酸催化剂。最佳合成工艺为：Zr/Al摩尔比为3∶1，La3+浓度为0.010mol/L，ZSM-5/(ZrOCl2·8H2O﹢AlCl3·6H2O)质量比为2∶1，沉淀pH值为9，陈化时间为4h，硫酸溶液浓度为0.5mol/L，浸渍的时间为14h，焙烧的温度为650℃，焙烧的时间为3h。
　　（2）以废油脂为原料，通过酯交换反应和环氧化反应制备了环氧脂肪酸丁酯增塑剂，本文称之为合成油；并用红外光谱（FT-IR）、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和凝胶渗透色谱仪（GPC）对产物进行了表征分析，并测定了产物环氧脂肪酸丁酯的酸值。结果表明，成功合成了环氧脂肪酸丁酯，其数均分子量为Mn=1415g/mol，重均分子量为Mw=1545g/mol，酸值为0.72mgKOH/g。
　　（3）将合成油增塑剂应用在NBR、AEM、BR和NR橡胶中，用RPA进行动态力学性能测试，研究在应变、频率和温度扫描下，增塑剂对弹性模量（G'）、损耗模量（G''）和损耗角正切（tanδ）的影响。结果表明，合成油适合用作弱极性AEM橡胶和非极性NR橡胶的增塑剂，而不适合用于强极性NBR橡胶和非极性BR橡胶中。与其它四种增塑剂相比，在AEM橡胶和NR橡胶中，合成油与DOP的增塑效果相当。

目录

第一章 绪论

1.1 废油脂综合利用的研究进展

1.2 废油脂的酯交换反应

1.4环氧增塑剂的发展现状

1.5研究意义及创新

1.6 研究内容

第二章 稀土改性固体超强酸催化剂的制备与表征

2.1 引言

2.2 试剂与仪器

2.3 制备方法与实验设计

2.4 合成产物的表征

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 环氧脂肪酸单酯增塑剂的合成与表征

3.1引言

3.2 试剂及仪器

3.3 合成方法与实验设计

3.4 合成产物表征

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第四章 环氧脂肪酸丁酯增塑剂在橡胶中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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