桐油制备生物柴油及改性聚氨酯研究

摘要

桐油是我国重要的天然可再生林产生物质资源，开发桐油下游产品提高桐油经济附加值，在石化资源日益短缺的今天具有极大的现实意义。研究了以桐油为原料制备生物柴油的工艺条件，对生物柴油的品质指标和实际应用性能进行了评定：桐油经酯交换反应合成了桐酸甲酯(ME)，采用树脂催化法合成了中间体桐酸甲酯-马来酸酐加合物(MEMAA)：并以MEMAA为原料合成了桐油酸酐酯多元醇(TOAEP)、桐油基双二氢-马来酰亚胺(TOBBDHMI)和桐油.预聚体基双二氢-马来酰亚胺(TO-PUP-BDHMI)，分别用于改性聚氨酯弹性体(PU)，制得了TOAEP改性的PU、TOBBDHMI/PU IPN和TO-PUP-BDHMI/PU IPN，得到了性能优异的材料。主要研究结果如下：
　　 1、桐油制备生物柴油的适宜工艺条件为：反应时间80 min，反应温度40℃，醇油摩尔比7:1，催化剂用量为0.8％，反应收率为98.2％。其性能指标完全符合相关生物柴油标准，配成的B20、B50生物柴油，可作为O#柴油的替代品。
　　 2、以甲苯作溶剂，在回流反应温度下合成MEMAA的适宜条件为：DT-851为加成反应的适宜催化树脂，当ME用量为20 g时，ME与MA摩尔物料比为1：1.3，催化树脂用量为4 g，反应时间为10 h，MEMAA总收率为79.4％(以ME计)。DT-851催化树脂可重复利用5次，仍然保持较高催化活性。
　　 3、TOAEP合成的适宜条件为：对甲基苯磺酸为催化剂，n(乙二醇)：n(MEMAA)为4:1，反应温度120℃～130℃，反应时间8 h，收率88.8％，羟值318.0 mgKOH/g(理论值324.4 mgKOH/g)。TOAEP改性的PU硬度和拉伸强度随着TOAEP用量增加而逐渐增大，断裂伸长率逐渐减小；改性后PU的耐热性得到改善；改性PU的硬段相和软段相表现出良好的相容性。
　　 4、TOBBDHMI的适宜合成条件为：催化剂三乙胺用量为MDI质量的1.0％，MEMAA和MDI的摩尔比2.4:1，反应温度75℃，反应时间2 h，收率82.4％(以MDI计)。TOBBDHMI/PU IPN的硬度和拉伸强度随着TOBBDHMI用量的增加而逐渐增大；断裂伸长率逐渐减小；TOBBDHMI/PU IPN的耐热性较未改性PU有所提高，热稳定性得到改善：TOBBDHMI相和PU相具有较好的相容性。
　　 5、TO-PUP-BDHMI的适宜合成条件为：催化剂三乙胺用量为聚氨酯预聚体(PU-PP)质量的1.2％，反应温度70℃，反应时间2.5 h，收率70.0％(以PU-PP计)。TO-PUP-BDHMI/PU IPN的硬度和拉伸强度随着TO-PUP-BDHMI用量的增加而逐渐增大，断裂伸长率略有增加；普通PU在与TO-PUP-BDHMI形成TO-PUP-BDHMI/PU IPN后，热稳定性有所提高：TO-PUP-BDHMI相和PU相相容性好。
　　 桐油制备生物柴油及改性聚氨酯，得到了合格的生物柴油及系列力学性能和耐热性好的材料，为扩大桐油的应用范围提供了理论指导。