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基本信息

項(xiàng)目名稱：
大豆蛋白基高回彈聚酯軟泡的研制
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本課題利用大豆分離蛋白替換部分聚合物多元醇作為聚氨酯泡沫的軟段，通過(guò)密度、拉伸性能、回彈性、尺寸穩(wěn)定性、壓陷硬度、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析（TG）、差示掃描量熱（DSC）分析等手段，研究大豆蛋白質(zhì)（SPI）和主要助劑對(duì)聚氨酯泡沫各項(xiàng)基本性能的影響，制備大豆蛋白基高回彈聚氨酯軟泡。減少石油化學(xué)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，具有環(huán)保意義。
詳細(xì)介紹：
高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是國(guó)外七十年代開發(fā)的新型彈性阻尼材料，它既具有普通軟泡的機(jī)械強(qiáng)度和易于加工的工藝性能，又具有乳膠海綿的高回彈性和高舒適性，在汽車工業(yè)，家具裝潢以及包裝工業(yè)中受到重視，至八十年代，盡管合成高回彈聚氨酯軟泡的技術(shù)日臻成熟，但仍有它的新品種不斷面世，其使用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)寬。為了減小聚氨酯對(duì)石油原料的依賴，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們的關(guān)注。 目前制備聚氨酯泡沫塑料所利用的生物質(zhì)資源主要有蔗糖和甘蔗渣、淀粉、纖維素及木質(zhì)素、植物油、松脂和稻殼等。按原理可分為兩類，一類是把生物質(zhì)制成多元醇作為聚氨酯泡沫塑料的主要原料；另一類是以生物質(zhì)作為填料來(lái)改性聚氨酯泡沫塑料，以降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)生物降解。 本課題，利用可再生資源大豆分離蛋白替換部分聚合物多元醇作為聚氨酯軟段，調(diào)節(jié)配方中助劑的用量，制備大豆蛋白基高回彈聚氨酯軟泡，減少石油化學(xué)品多元醇的消耗，降低聚氨酯泡沫的成本。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探討，制備出了基本符合國(guó)家聚氨酯高回彈軟泡標(biāo)準(zhǔn)的大豆蛋白基聚氨酯高回彈軟泡，適當(dāng)改進(jìn)可滿足汽車坐椅、沙發(fā)坐墊和床墊應(yīng)用性能要求，降低了聚氨酯泡沫對(duì)石油的依賴性、并且在泡沫材料廢棄后具有一定的可生物降解性，具有環(huán)保意義。

作品圖片

  • 大豆蛋白基高回彈聚酯軟泡的研制
  • 大豆蛋白基高回彈聚酯軟泡的研制

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本課題的主要目的是，利用可再生資源大豆分離蛋白替換部分聚合物多元醇作為聚氨酯軟段，調(diào)節(jié)配方中助劑的用量，制備大豆蛋白基高回彈聚氨酯軟泡，減少石油化學(xué)品多元醇的消耗，降低聚氨酯泡沫的成本。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本課題利用大豆蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氨基、羥基等含有活潑氫的官能團(tuán)，替代多元醇的羥基與異氰酸酯反應(yīng)，從而以可再生資源替代石油來(lái)源的多元醇作為聚氨酯軟段，在降低聚氨酯泡沫成本的基礎(chǔ)上賦予其可生物降解性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

課題經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探討，制備出了基本符合國(guó)家聚氨酯高回彈軟泡標(biāo)準(zhǔn)的大豆蛋白基聚氨酯高回彈軟泡，適當(dāng)改進(jìn)可滿足汽車坐椅、沙發(fā)坐墊和床墊應(yīng)用性能要求，降低了聚氨酯泡沫對(duì)石油的依賴性、并且在泡沫材料廢棄后具有一定的可生物降解性，具有環(huán)保意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

以高活性聚醚、大豆分離蛋白、聚合物多元醇、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑和混合異氰酸酯為原料，自由發(fā)泡、常溫熟化制備了大豆蛋白基高回彈聚酯軟泡。通過(guò)密度、拉伸性能、回彈性、尺寸穩(wěn)定性、壓陷硬度、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析（TG）、差示掃描量熱（DSC）分析等手段，研究了SPI和主要助劑對(duì)聚氨酯泡沫物理性能、機(jī)械性能、孔結(jié)構(gòu)和熱性能的影響。結(jié)果表明，SPI添加量對(duì)泡沫物理和機(jī)械性能影響最大。隨著SPI含量增加，泡沫的密度增大，回彈率下降，拉伸強(qiáng)度先增大后減小，斷裂伸長(zhǎng)率減小，尺寸穩(wěn)定性提高，壓陥硬度和舒適因子提高。催化劑、表面活性劑和交聯(lián)劑對(duì)含有SPI的聚氨酯軟泡的性能影響不大。SPI能夠提高聚氨酯的熱穩(wěn)定性，但最好低于150℃使用。含有5份SPI的聚氨酯軟泡主要性能指標(biāo)滿足QB/T 2080-1995的要求。

獲獎(jiǎng)情況

項(xiàng)目相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)在“2010 International Conference on Advances in Materials and Manufacturing Processes, ICAMMP 2010”, Shenzhen，November 6, 2010 - November 8, 2010交流，并發(fā)表在國(guó)際期刊Advanced Maerial Research上，已經(jīng)被EI檢索（Accession number: 20110213566119）。

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是七十年代開發(fā)的新型彈性阻尼材料，至八十年代，合成技術(shù)日臻成熟，新品種不斷面世。為了減小聚氨酯對(duì)石油原料的依賴，降低生產(chǎn)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們的關(guān)注。 目前制備聚氨酯泡沫塑料所利用的生物質(zhì)資源主要有蔗糖和甘蔗渣、淀粉、纖維素及木質(zhì)素、植物油、松脂和稻殼等。按原理可分為兩類，一類是把生物質(zhì)制成多元醇作為聚氨酯泡沫塑料的主要原料；另一類是以生物質(zhì)作為填料來(lái)改性聚氨酯泡沫塑料，以降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)生物降解。 （1）植物纖維和木質(zhì)素制備聚氨酯泡沫塑料 纖維素如植物纖維、小麥秸稈、玉米秸稈等結(jié)構(gòu)中含有大量羥基，必須經(jīng)過(guò)液化才能用于合成可降解聚氨酯。木質(zhì)素是植物中含量?jī)H次于纖維素的天然高分子，其分子結(jié)構(gòu)中含有醇羥基和酚羥基等官能團(tuán)，可以替代部分石油基多元醇制備聚氨酯泡沫塑料。液化木質(zhì)素、木屑、堿木質(zhì)素等替代部分聚醚多元醇制備聚氨酯泡沫塑料有效提高了聚氨酯泡沫塑料的很多性能。纖維素和木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中醇羥基與異氰酸酯反應(yīng)活性很低，以木質(zhì)素和纖維素類天然高分子生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料易造成體系粘度較高，難于加工。 （2）天然高分子基多元醇制備聚氨酯泡沫塑料 植物油的主要成分是不飽和脂肪酸甘油酯，可以通過(guò)將雙鍵環(huán)氧化在開環(huán)制備植物油多元醇。由此制備的大豆油多元醇、棕櫚油單甘油酯、等應(yīng)用于聚氨酯發(fā)泡塑料，由于脂肪鏈較長(zhǎng)，在泡沫塑料中起到了軟化劑的作用，提高了泡沫的尺寸穩(wěn)定性和耐濕、耐熱老化性。但是植物多元醇與異氰酸酯反應(yīng)的活化能比通常的聚醚或聚醚多元醇大得多，因此，要制備性能良好的聚氨酯泡沫必須選擇活性較大的催化劑，提高催化劑的用量，否則就容易造成因泡沫骨架生成速度太慢而出現(xiàn)塌泡現(xiàn)象。 （3）以大豆蛋白質(zhì)為原料制備聚氨酯泡沫塑料 大豆蛋白質(zhì)來(lái)源廣泛，結(jié)構(gòu)中的－NH2、－NH和－OH都可能與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)。大豆蛋白能增強(qiáng)聚氨酯泡沫的回彈力，降低泡沫塑料的永久壓縮形變，提高其熱穩(wěn)定性。但是，前人的研究中大豆蛋白僅被看作是一種填料，沒(méi)有深入考察蛋白質(zhì)中活潑氫與異氰酸基的反應(yīng)，這勢(shì)必影響到所制備聚氨酯泡沫塑料的反應(yīng)歷程和性能。所以在應(yīng)用大豆蛋白質(zhì)制備聚氨酯軟泡時(shí)應(yīng)該考慮蛋白質(zhì)中的－NH2和－OH與異氰酸基發(fā)生反應(yīng)的特性。
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