【摘 要】
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生物质的转化利用是绿色可持续发展的重要保障。椰衣作为重要的农林副产物生物质资源,目前大部分被丢弃、焚烧及低附加值利用,不仅造成资源浪费,也给城市景观和生活环境造成破坏。聚氨酯缓冲包装泡沫材料性能优异,应用潜力大,但受到原料来源、组合料粘度和环保问题等的限制。本文利用多元醇液化技术将椰衣直接液化并作为可提高其应用价值的石油基多元醇替代品,通过配方优化制备得到生物基聚氨酯缓冲包装泡沫材料,为椰衣生物质
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生物质的转化利用是绿色可持续发展的重要保障。椰衣作为重要的农林副产物生物质资源,目前大部分被丢弃、焚烧及低附加值利用,不仅造成资源浪费,也给城市景观和生活环境造成破坏。聚氨酯缓冲包装泡沫材料性能优异,应用潜力大,但受到原料来源、组合料粘度和环保问题等的限制。本文利用多元醇液化技术将椰衣直接液化并作为可提高其应用价值的石油基多元醇替代品,通过配方优化制备得到生物基聚氨酯缓冲包装泡沫材料,为椰衣生物质资源高价值利用和缓冲包装泡沫材料的绿色发展提供了有效的途径和方法。首先,在分析椰衣原料组成的基础上,通过单因素实验考查多个变量对椰衣液化及其液化产物初步合成聚氨酯泡沫材料的影响,提高椰衣液化效率并对液化反应产物进行了分析,确定了较佳的液化反应条件和产物性质。结果显示,以混合多元醇为液化试剂(聚乙二醇400:甘油=4:1,质量比),液固比为6:1(液化试剂与椰衣质量比),以2%浓硫酸(以液化试剂总质量为基准)为催化剂,在160℃常压下反应80 min,可实现较好的液化效果,此条件下,液化反应残渣率为6.5%,液化产物羟值为345.9mgKOH/g,酸值为 18.2mgKOH/g,粘度360mPa·s(25℃);对产物进行表征分析,发现椰衣中木质纤维素被深度降解,得到了富含羟基的液化产物,获得的液化产物可以作为合成聚氨酯泡沫材料的原料。其次,以较佳条件下获得的椰衣液化产物作为部分石油基多元醇替代品,探究发泡配方对聚氨酯缓冲包装泡沫材料的影响。研究结果表明,在异氰酸根指数为1.1下,其较佳的配方为:35份椰衣液化产物,32.5份聚醚多元醇A和聚醚多元醇B,5份去离子水为发泡剂,1.9份复配催化剂,0.9份表面活性剂(均以多元醇总质量为基准)。该配方下获得的泡沫材料发泡正常,泡孔平均直径为427 μm,孔径分布较为均匀,密度为20.3 kg/m3,压缩强度为40.2kPa,压缩模量为766kPa,最小缓冲系数为2.27。最后,为进一步高效利用椰衣生物质资源,对椰衣液化反应产物进行后处理,并探究不同含量后处理液化反应产物对聚氨酯缓冲包装泡沫材料的影响。实验结果表明,以未除渣未中和、未除渣中和以及除渣中和的椰衣液化产物作为石油基多元醇品且替代量分别为15份、45份和65份时,分别制得的生物基聚氨酯缓冲包装泡沫材料综合性能较佳,添加不同后处理液化产物均能一定程度提高泡沫材料的热稳定性;以65份中和除渣椰衣液化产物替代石油基多元醇时,可以实现椰衣生物质资源的高效利用并制备得到综合性能优异的聚氨酯缓冲包装泡沫材料,泡沫孔径分布均匀且平均孔径为326 μm,密度为20.9kg/m3,压缩强度为36.3 kPa,压缩模量为620kPa,最小缓冲系数为2.94,在常用缓冲包装材料中其综合性能处于较佳水平。通过本研究获得的工艺条件和方法,不仅可以实现对椰衣这种农林副产物生物质资源的高效转化利用,而且可以在减少石油基原料的情况下获得综合性能较佳的缓冲包装材料,为减少对石油资源的依赖和实现绿色可持续发展提供了重要方案。
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