高活性蓖麻油多元醇的制备开题报告

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1. 研究目的与意义

20世纪80年代以来，由于石油资源短缺，可再生资源开始受到重视，80年代后期由于环保问题，以天然产物及其衍生物等可再生资源为基础的聚合物重新获得了关注。植物油多元醇可与异氰酸酯直接作用形成聚氨酯材料的原料，被誉为聚氨酯发展中最重要的技术创新之一，植物油基聚氨酯材料不但机械性能可与由相应石油化学品多元醇合成的材料媲美，其耐水解性、耐热分解与热氧化性能也好，广泛用于制作各种涂料、泡沫聚氨酯塑料、快速成型材料和纤维增强复合材料，其应用领域涉及包装材料、绝缘材料、汽车以及高速公路、桥梁和铁路的相关设备，而且合成的聚氨酯材料具有很好的环境相容性及生物降解性能，可用于生物医药领域。植物油属于生物资源，在我国资源丰富，因此发展蓖麻油基聚合物材料可推进我国非食用油生物质多元醇利用产业的蓬勃发展。蓖麻油分子结构中带有羟基，因此并不需要通过环氧化再开环引入羟基，可直接与乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇甚至是低相对分子质量的聚醚多元醇进行醇解和酯交换，得到不同羟值、官能度和相对分子质量的蓖麻油多元醇，这种蓖麻油多元醇可应用于涂料，也可用于聚氨酯硬泡和半硬泡。蓖麻油的羟基官能度约为2.7，是理想的软泡多元醇的起始剂，在双金属催化剂存在下和环氧乙烷/环氧丙烷(eo/po)发生烷氧基化反应，避免了用koh作催化剂时的皂化问题，同时蓖麻油的脂肪酸长链结构，可使聚氨酯制品具有良好的耐水性及柔软性。

然而，所有的植物油多元醇都面临着一个重要的问题，即大多数改性方法制备的植物油多元醇的分子结构上为仲羟基，羟基活性低，造成反应速度慢，限制了其在聚氨酯硬泡及冷模塑软泡中的应用。

本项目拟采用蓖麻油为起始原料，利用2,4-tdi和ipdi上异氰酸基活性不同对蓖麻油分子进行封端，再选择合适的小分子羟基化试剂，和封端的蓖麻油分子进行反应，从而改变原有分子的官能度及羟基活性，得到高活性的蓖麻油多元醇，可望用于聚氨酯硬泡，软泡，胶黏剂及弹性体。

2. 国内外研究现状分析

目前植物油伯羟基化比较实用的的方法有三种：一是利用HBF₄催化接枝环氧乙烷在仲羟基上，这种伯羟基化方法的缺点是分子量分布不均，催化剂价格较高且残余在体系内，而聚氨酯合成一般在碱性条件下完成，因此HBF₄影响后续聚氨酯的聚合反应；二是利用Co或Rh催化作用下双键碳在合成气（氢气：一氧化碳=1：1）加氢甲酰化变成醛，然后加氢还原成羟甲基，但操作难度较大，成本高；三是用臭氧氧化植物油双键再还原成伯羟基，此种方法得到的多元醇虽然性能较好，但双键断裂后另一部分碳链仍然残余在体系中，不易分离，影响制品性能。

除此之外可以是植物油在碱性条件下,先通入环氧丙烷或环氧丙烷与环氧乙烷的混合物,反应后在通入环氧乙烷即可得伯羟基化的植物油,但是植物油在碱性条件下极易水解或发生酯交换反应,故不此方法不适合与植物油的伯羟基化。

3. 研究的基本内容与计划

1利用异氰酸基活性不同对蓖麻油分子进行封端，得到制备工艺路线及原理。如与蓖麻油的，对异氰酸酯与蓖麻油进行反应动力学研究，得到反应速率常数、活化能等参数，从而判断异氰酸酯分子的nco活性差别，找到控制反应程度的影响因素，如反应最佳摩尔比、反应温度和时间、催化剂的选择等参数和条件；

2选择合适的小分子羟基化试剂，如二乙醇胺，和封端的蓖麻油分子进行反应，同样利用分子中胺基和羟基的活性不同，控制反应程度，从而改变原有分子的官能度及羟基活性，同时对产物的羟值、酸值、粘度等进行表征；

建立高活性蓖麻油多元醇的表征方法，拟通过滴定分析、流变仪或dsc等方法对合成的蓖麻油多元醇的伯羟基的含量及活性进行评。

4. 研究创新点

蓖麻油作为非粮植物油，来源丰富，结构特殊，用其代替石油型多元醇制备的聚氨酯材料具有很好的环境相容性及生物降解性能，可缓解石油资源的短缺，降低聚氨酯的成本，因此具有十分重要的应用价值。

本项目的创新之处在于：（一）利用异氰酸基结构上NCO基团活性不同对蓖麻油分子进行封端，国内外没有报道；（二）通过与低分子试剂反应实现伯羟基化过程，有效增加蓖麻油的活性，扩展蓖麻油在聚氨酯中的应用领域；（三）建立的伯羟基化蓖麻油多元醇高活性的表征方法可以形成相应的理论，为该方向的应用研究和大规模产业化奠定了基础.