基本信息
- 项目名称：
- 大豆蛋白基高回弹聚酯软泡的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本课题利用大豆分离蛋白替换部分聚合物多元醇作为聚氨酯泡沫的软段，通过密度、拉伸性能、回弹性、尺寸稳定性、压陷硬度、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TG）、差示扫描量热（DSC）分析等手段，研究大豆蛋白质（SPI）和主要助剂对聚氨酯泡沫各项基本性能的影响，制备大豆蛋白基高回弹聚氨酯软泡。减少石油化学品多元醇的消耗，降低聚氨酯泡沫的成本，并且提高了泡沫材料的生物降解性，具有环保意义。
- 详细介绍：
- 高回弹软质聚氨酯泡沫塑料，是国外七十年代开发的新型弹性阻尼材料，它既具有普通软泡的机械强度和易于加工的工艺性能，又具有乳胶海绵的高回弹性和高舒适性，在汽车工业，家具装潢以及包装工业中受到重视，至八十年代，尽管合成高回弹聚氨酯软泡的技术日臻成熟，但仍有它的新品种不断面世，其使用领域也在不断扩宽。为了减小聚氨酯对石油原料的依赖，降低聚氨酯泡沫的成本并改善其生物降解性能，基于天然高分子材料改性的聚氨酯泡沫塑料的研究日益受到人们的关注。 目前制备聚氨酯泡沫塑料所利用的生物质资源主要有蔗糖和甘蔗渣、淀粉、纤维素及木质素、植物油、松脂和稻壳等。按原理可分为两类，一类是把生物质制成多元醇作为聚氨酯泡沫塑料的主要原料；另一类是以生物质作为填料来改性聚氨酯泡沫塑料，以降低生产成本，促进生物降解。 本课题，利用可再生资源大豆分离蛋白替换部分聚合物多元醇作为聚氨酯软段，调节配方中助剂的用量，制备大豆蛋白基高回弹聚氨酯软泡，减少石油化学品多元醇的消耗，降低聚氨酯泡沫的成本。 经过实验探讨，制备出了基本符合国家聚氨酯高回弹软泡标准的大豆蛋白基聚氨酯高回弹软泡，适当改进可满足汽车坐椅、沙发坐垫和床垫应用性能要求，降低了聚氨酯泡沫对石油的依赖性、并且在泡沫材料废弃后具有一定的可生物降解性，具有环保意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本课题的主要目的是，利用可再生资源大豆分离蛋白替换部分聚合物多元醇作为聚氨酯软段，调节配方中助剂的用量，制备大豆蛋白基高回弹聚氨酯软泡，减少石油化学品多元醇的消耗，降低聚氨酯泡沫的成本。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题利用大豆蛋白质结构中的氨基、羟基等含有活泼氢的官能团，替代多元醇的羟基与异氰酸酯反应，从而以可再生资源替代石油来源的多元醇作为聚氨酯软段，在降低聚氨酯泡沫成本的基础上赋予其可生物降解性。
应用价值和现实意义
- 课题经过实验探讨，制备出了基本符合国家聚氨酯高回弹软泡标准的大豆蛋白基聚氨酯高回弹软泡，适当改进可满足汽车坐椅、沙发坐垫和床垫应用性能要求，降低了聚氨酯泡沫对石油的依赖性、并且在泡沫材料废弃后具有一定的可生物降解性，具有环保意义。
学术论文摘要
- 以高活性聚醚、大豆分离蛋白、聚合物多元醇、交联剂、发泡剂、泡沫稳定剂和混合异氰酸酯为原料，自由发泡、常温熟化制备了大豆蛋白基高回弹聚酯软泡。通过密度、拉伸性能、回弹性、尺寸稳定性、压陷硬度、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TG）、差示扫描量热（DSC）分析等手段，研究了SPI和主要助剂对聚氨酯泡沫物理性能、机械性能、孔结构和热性能的影响。结果表明，SPI添加量对泡沫物理和机械性能影响最大。随着SPI含量增加，泡沫的密度增大，回弹率下降，拉伸强度先增大后减小，断裂伸长率减小，尺寸稳定性提高，压陥硬度和舒适因子提高。催化剂、表面活性剂和交联剂对含有SPI的聚氨酯软泡的性能影响不大。SPI能够提高聚氨酯的热稳定性，但最好低于150℃使用。含有5份SPI的聚氨酯软泡主要性能指标满足QB/T 2080-1995的要求。
获奖情况
- 项目相关研究结果已经在“2010 International Conference on Advances in Materials and Manufacturing Processes, ICAMMP 2010”, Shenzhen，November 6, 2010 - November 8, 2010交流，并发表在国际期刊Advanced Maerial Research上，已经被EI检索（Accession number: 20110213566119）。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Šercer M., Raos P., Rujnić-Sokele M. Thermal properties of bio- and synthetic-based pur foams [J]. International Journal of Material Forming, 2010, 3 (Suppl 1): 535 [2] 王体朋, 毛志怀, 梁凌云等. 发泡剂对玉米秸秆基聚氨酯泡沫性能影响 [J]. 农业工程学报, 2009, 25(1): 185 [3] 戈进杰, 张志楠, 徐江涛. 基于玉米棒的环境友好材料的研究(II)――以玉米棒为原料的聚氨酯的合成及生物降解性 [J]. 高分子材料科学与工程, 2007, 19(4): 176 [4] 张海荣, 张磊, 郑鹏等. 缓冲包装用可生物降解聚氨酯泡沫塑料的制备与性能研究 [J]. 聚氨酯, 2008, (2): 94 [5] 刘丽丽, 李长玉, 朱传勇等. 碱木质素基聚氨酯泡沫塑料的制备和性能表征[J]. 黑龙江工程学院学报(自然科学版) [J]. 2008, 22(3): 2 [6] 于菲, 刘志明, 方桂珍等. 碱木质素基硬质聚氨酯泡沫的合成及其力学性能表征[J]. 东北林业大学学报, 2008, 36(12): 64 [7] 沈萼芮, 朱传勇, 盂令辉等. 木磺基聚氨醋泡沫塑料的制备和性能表征. 化学工程师, 2009, 162(3): 6 [8] Gao L-L, Liu Y-H, Lei H, et al. Preparation of semirigid polyurethane foam with liquefied bamboo residues. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 116(3): 1694 [9] 顾继友, 高振华, 李志国等. 利用FTIR对苯基异氰酸酯与不同含水率纤维素反应的研究 [J]. 林业科学, 2004,40（2）：142 [10] 许晶玮, 庞浩, 颜永斌等. 以甘蔗渣为原料的聚氨酯合成反应动力学[J]. 高分子材料科学与工程, 2007, 23(6): 50
同类课题研究水平概述
- 高回弹软质聚氨酯泡沫塑料，是七十年代开发的新型弹性阻尼材料，至八十年代，合成技术日臻成熟，新品种不断面世。为了减小聚氨酯对石油原料的依赖，降低生产成本并改善其生物降解性能，基于天然高分子材料改性的聚氨酯泡沫塑料的研究日益受到人们的关注。 目前制备聚氨酯泡沫塑料所利用的生物质资源主要有蔗糖和甘蔗渣、淀粉、纤维素及木质素、植物油、松脂和稻壳等。按原理可分为两类，一类是把生物质制成多元醇作为聚氨酯泡沫塑料的主要原料；另一类是以生物质作为填料来改性聚氨酯泡沫塑料，以降低生产成本，促进生物降解。 （1）植物纤维和木质素制备聚氨酯泡沫塑料 纤维素如植物纤维、小麦秸秆、玉米秸秆等结构中含有大量羟基，必须经过液化才能用于合成可降解聚氨酯。木质素是植物中含量仅次于纤维素的天然高分子，其分子结构中含有醇羟基和酚羟基等官能团，可以替代部分石油基多元醇制备聚氨酯泡沫塑料。液化木质素、木屑、碱木质素等替代部分聚醚多元醇制备聚氨酯泡沫塑料有效提高了聚氨酯泡沫塑料的很多性能。纤维素和木质素分子结构中醇羟基与异氰酸酯反应活性很低，以木质素和纤维素类天然高分子生产聚氨酯泡沫塑料易造成体系粘度较高，难于加工。 （2）天然高分子基多元醇制备聚氨酯泡沫塑料 植物油的主要成分是不饱和脂肪酸甘油酯，可以通过将双键环氧化在开环制备植物油多元醇。由此制备的大豆油多元醇、棕榈油单甘油酯、等应用于聚氨酯发泡塑料，由于脂肪链较长，在泡沫塑料中起到了软化剂的作用，提高了泡沫的尺寸稳定性和耐湿、耐热老化性。但是植物多元醇与异氰酸酯反应的活化能比通常的聚醚或聚醚多元醇大得多，因此，要制备性能良好的聚氨酯泡沫必须选择活性较大的催化剂，提高催化剂的用量，否则就容易造成因泡沫骨架生成速度太慢而出现塌泡现象。 （3）以大豆蛋白质为原料制备聚氨酯泡沫塑料 大豆蛋白质来源广泛，结构中的－NH2、－NH和－OH都可能与异氰酸酯发生反应。大豆蛋白能增强聚氨酯泡沫的回弹力，降低泡沫塑料的永久压缩形变，提高其热稳定性。但是，前人的研究中大豆蛋白仅被看作是一种填料，没有深入考察蛋白质中活泼氢与异氰酸基的反应，这势必影响到所制备聚氨酯泡沫塑料的反应历程和性能。所以在应用大豆蛋白质制备聚氨酯软泡时应该考虑蛋白质中的－NH2和－OH与异氰酸基发生反应的特性。
