地沟油基热固性树脂的制备与研究

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1、武汉纺织大学2011届毕业设计论文1前言1.1研究背景现代高分子材料工业是在石油化学工业的基础上发展起来的，随着石化资源的日益枯竭和环境污染等问题，逐渐不能适应社会发展的要求，寻求高效、廉价、可再生的替代原料已经成为当务之急。近年来植物油基聚合物在国内外绿色高分子材料中的研究获得长足进展。这些天然植物油因其特殊结构，本身具有一定的降解性，因此由其制得的聚合物，不仅成本低，而且它们的废弃物可以减少对环境的危害[1,2]。植物油作为替代传统石油化工原料，已经被很多研究者用来制备树脂和其它高聚物。20世纪90年代以来，国外陆续成功开

2、发出植物基热塑性树脂、聚酯等各种弹性体，产品的植物油含量高，理化性能可与石油产品媲美。在光固化涂料、包装材料、医疗设备、日用品、建筑材料、模具、汽车、农用设备、绝缘用具、船舶用具、工业衬垫等众多领域，逐渐替代石油基聚合物产品。与此相比，国内植物油基聚合物应用仍然局限于低档次涂料、聚合物助剂等几类传统产品，成型树脂与结构聚合物几乎完全依赖石油产品[3,4]。因此，大力发展植物油基聚合物极为必要。1.2植物油和植物油基树脂的研究状况1.2.1植物油的结构植物油是一大类天然有机化合物，它的定义为混脂肪酸甘油三酯的混合物(themix

3、turesofmixedtriglycerides)。就一般天然油脂而言，其组成中除95％为脂肪酸甘油三酯外，还有含量极少而成分又非常复杂的非甘油三酯成分，包括磷脂、甾醇、三萜醇、脂肪醇、脂肪酸、脂肪烃、色素、脂溶性维生素等。植物油的主要成分为甘油三酸酯，其分子结构式为：2武汉纺织大学2011届毕业设计论文式中3个酰基通常来源于碳原子为14～22的脂肪酸，分别用R1、R2和R3区分。随植物油的种类不同，脂肪酸基也有很大的变化，总分子量约为650-970。脂肪酸量占整个甘油三酯分子量的95％左右，由于脂肪酸在甘油三酯分子中所占的

4、比重很大，因此它们对甘油三酯的物理和化学性质的影响起主导作用。天然植物油中含有800种以上的脂肪酸，已经得到鉴别的就有500种之多，表1-1为部分脂肪酸的结构[5,6]。表1-1部分植物油脂肪酸的结构脂肪酸分子式结构式肉豆蔻酸C14H28O2棕榈酸C16H32O2棕榈烯酸C16H30O2硬脂酸C18H36O2油酸C18H34O2亚油酸C18H32O2亚麻酸C18H30O2α-桐油酸C18H30O2蓖麻油酸C18H33O3桐油酸C18H28O3多数植物脂肪酸为不饱和脂肪酸，它们的双键位置通常在9位或10位碳，亚油酸和亚麻酸另外有

5、12或13位双键，亚麻酸在15或16位碳上还有双键，这些双键多为非共轭，聚合活性较低。大多数植物油的结构差异仅仅在不饱和度和不饱和键的共轭程度，它们的化学性质相近，特别是常用的亚麻油、大豆油、玉米油、菜籽油等化学改性机理基本一致。某些天然植物油含有特殊的功能基团，如蓖麻油中含羟基的蓖麻油酸超过脂肪酸总量的90％，可用于制备聚氨酯；斑鸠菊油中70％～80％的脂肪酸为含有环氧基的斑鸠菊酸，环氧基可用于进一步改性或直接开环接枝。2武汉纺织大学2011届毕业设计论文脂肪酸的结构和种类对植物油各种性能有决定性作用，植物油具有下述主要的特

6、性：①植物油分子中含有大量的C=C双键，植物油的氧化机理主要表现为活泼的烯丙基自由基反应，这正是其氧化稳定性差的主要原因。尤其是以含2个双键的亚油酸或亚麻酸组分，在氧化初期就被迅速氧化，同时对以后的氧化反应起到引发作用。②双键的存在和分子的高线性，使组成植物油的甘油酯分子间的作用力随着温度升高而增加，导致良好的粘温特性，因此植物油的粘度指数一般高于矿物油。③植物油分子含极性集团，可在金属表面形成吸附膜，其中的脂肪酸可在金属表面反应形成金属皂的单层膜，两者均可起抗磨减磨作用，使植物油具有良好的润滑性能。④植物油中的甘油酯基容易水

7、解，酯基链上的不饱和双键易受微生物攻击发生氧化，使得植物油具有良好的生物降解性，同时植物油中的天然脂肪酸可在生物降解过程中起促进作用。植物油甘油三酸酯的双键、酯基、酯基a碳等活性基团上可进行各种改性反应，引入聚合能力更强的功能基团，提高官能度和共轭程度，采用传统的聚合反应即可制备出各种性能较好的植物油基高分子聚合物材料[7-9]。1.2.2常见植物油基树脂的研究状况（1）大豆油聚合物天然大豆油的侧链含有许多不饱和官能团，这些不饱和官能团使其能够作为聚合体的单体。常规大豆油、低饱和度大豆油、共轭低饱和度大豆油与苯乙烯和二乙烯基苯

8、的阳离子共聚合作用可得到许多共聚物。Sharma和Prog[10]用三氟化硼二乙基醚配合物（BF3·OEt2）引发的大豆油与二乙烯基苯共聚单体的阳离子催化聚合作用可使聚合体由原来的软橡胶转变为硬的热固树脂,产物因原料油和化学计量法的不同而有所差异。用三氟化硼二乙基醚配合物（B