程穆梅

（吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

利用生物基腰果酚分子改性制備一種環(huán)氧化增塑劑

程穆梅

（吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

隨著人類工業(yè)文明的加速和石化能源的日益短缺，可再生能源的開發(fā)利用與研究越來(lái)越被人們關(guān)注。腰果殼液作為腰果加工生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)品，其在腰果中的含量高達(dá)1/3左右，世界年產(chǎn)量約達(dá)50萬(wàn)噸以上，可謂是一種廉價(jià)而又豐富的可再生資源。而腰果酚作為腰果殼液的主要成分，其含量為90%，可見其產(chǎn)量之多。本文從腰果酚的概念及結(jié)構(gòu)組成入手，結(jié)合實(shí)驗(yàn)案例闡述了利用生物基腰果酚分子改性制備一種環(huán)氧化增塑劑的實(shí)驗(yàn)方法。

腰果酚；腰果殼液；增塑劑；橡塑助劑；黏度

近年來(lái)，全球能源危機(jī)的警鐘聲越來(lái)越響亮，隨著石油價(jià)格的不斷攀升和環(huán)境污染問(wèn)題的日漸加劇，加強(qiáng)可再生物質(zhì)的研究與利用勢(shì)在必行，這不僅能實(shí)現(xiàn)清潔能源對(duì)石化能源的代替，還能確保國(guó)家能源安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，且有效的控制環(huán)境污染問(wèn)題。腰果酚作為當(dāng)今資源利用領(lǐng)域的常見可再生資源，是從腰果殼液中提取而來(lái)的，時(shí)至今日已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個(gè)不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，環(huán)氧化增塑劑生產(chǎn)中也十分常見。下面我們就利用生物基腰果酚分子改性方式來(lái)制備環(huán)氧化增塑劑的方法進(jìn)行了分析。

一、腰果酚概述

1 腰果酚的概念

腰果酚是一種從名為腰果的植物中提取而出的天然生物質(zhì)酚。研究表明：腰果酚是一種具備飽和或不飽和的長(zhǎng)鏈烴基的天然酚類化合物，整個(gè)結(jié)構(gòu)包含了5%的飽和部分，49%的單烯部分，17的雙烯部分以及29%的三烯部分。這種天然酚類化合物不僅具備著花香化合物的耐高溫特性，而且有同脂肪類化合物大同小異，有著良好的柔韌性。與此同時(shí)，腰果酚因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)的特殊性，使得其在李永忠有著良好的化學(xué)性質(zhì)，苯環(huán)上的酚羥基有著豐富的連接性，使得其被廣泛的應(yīng)用在酚醛樹脂、改性劑等生產(chǎn)領(lǐng)域。

2 腰果酚在增塑劑行業(yè)的應(yīng)用

目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的上升，增塑劑行業(yè)不斷向前邁進(jìn)，且逐漸朝著環(huán)境友好型方向發(fā)展。而環(huán)氧類增塑劑以其良好的耐高溫、耐光的特征成為當(dāng)今業(yè)界研究的焦點(diǎn)。但是在具體的研究工作中，對(duì)于腰果酚的應(yīng)用卻現(xiàn)有報(bào)道和資料。在實(shí)際工作中，腰果酚與傳統(tǒng)的環(huán)氧類增塑劑原料相比較，有著儲(chǔ)備豐富、價(jià)格低廉、相容性好的優(yōu)勢(shì)。因此，我們可以預(yù)計(jì)，在未來(lái)一段時(shí)間的研究中，腰果酚在一定程度上完全可以替代傳統(tǒng)的環(huán)氧增塑劑生產(chǎn)原材料。

圖1 腰果酚酯化化學(xué)示意圖

二、利用生物基腰果酚分子改性制備一種環(huán)氧化增塑劑的實(shí)驗(yàn)研究

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原料選擇

腰果酚作為研究對(duì)象當(dāng)然不可或缺了，這里腰果酚必須要確保質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%，碘值在100～250，且屬于工業(yè)用品。雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別確定在30%、50%和70%。乙酸酐、丙酮。

1.2 儀器

傅里葉變換紅外光譜儀、熱重分析儀、溫度測(cè)試儀、元素分析儀、數(shù)字化核磁共振波譜儀等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 腰果酚酯化。首先，在實(shí)驗(yàn)之中提前稱量好特定量的腰果酚并且加入到500mL的三口燒瓶中，然后在燒瓶中加入適量的催化劑——甲苯磺酸，并且在攪拌一段時(shí)間之后再加入乙酸酐，在常溫條件下反應(yīng)一段時(shí)間之后停止，采用5%的NaHCO3溶液進(jìn)行洗滌，一直到溶液呈現(xiàn)出中性為止。在這個(gè)時(shí)候，利用蒸餾方式清除掉溶液中的水分，便可得到腰果酚。具體的反應(yīng)化學(xué)方程如圖1所示。

1.3.2 腰果酚環(huán)氧化。在燒瓶中加入腰果酚和適量的甲酸，并攪拌15分鐘之后加入適量的雙氧水，然后對(duì)燒瓶進(jìn)行加溫，使其內(nèi)部溫度保持在40℃左右，并在此溫度上保持一定時(shí)間，然后在反應(yīng)結(jié)束之后利用分液漏斗分離，然后靜置一段時(shí)間去掉水層，采用80℃的離子水進(jìn)行洗滌，直到液體呈中性為止。

2 實(shí)驗(yàn)討論

2.1 酯化反應(yīng)參數(shù)優(yōu)化

在常溫狀態(tài)下，腰果酚與乙酸酐酯化反應(yīng)的最佳工藝比例為腰果酸：乙酸酐：催化劑=1∶1.2∶0.015，且整個(gè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)間為18個(gè)小時(shí)。按照這種反應(yīng)要求，重復(fù)了4次同類實(shí)驗(yàn)，得出腰果酚平均收率為89.5%。

2.2 環(huán)氧化反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化

2.2.1 雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，增塑劑的環(huán)氧樹脂也在明顯上升，這說(shuō)明提高雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以迅速的讓產(chǎn)品的環(huán)氧樹脂增加，減少環(huán)氧樹脂的反應(yīng)時(shí)間，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)效益。經(jīng)分析，這主要是因?yàn)楦哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)雙氧水有利于加快過(guò)氧甲酸的生成，短期內(nèi)還會(huì)在原材料體內(nèi)產(chǎn)生大量的甲酸物質(zhì)，從而更好的提高環(huán)氧化反應(yīng)速度。

2.2.2 甲酸用量對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)的影響。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)原理得出，在具體的試驗(yàn)中雙氧水和腰果酚的比例以1∶1.5為標(biāo)準(zhǔn)用料，其反應(yīng)溫度控制在55℃最為合適，這個(gè)時(shí)候甲酸用量對(duì)環(huán)氧酯和碘值的影響也最為突出。

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)的影響。在反應(yīng)的初始階段，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，環(huán)氧值迅速升高，在6h環(huán)氧值達(dá)到最高。若延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，環(huán)氧值則緩慢下降，這是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間較短時(shí)，環(huán)氧化反應(yīng)不夠充分； 反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，環(huán)氧鍵的開環(huán)反應(yīng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，使環(huán)氧值降低。因此，反應(yīng)時(shí)間選擇6h左右為佳。

3 試驗(yàn)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)可以看出，腰果酚的環(huán)氧酯越高，黏度就越低，耐揮發(fā)性越加良好，其加熱之后的酸值與加熱之前變化并不大，體積的電阻率也就更加高。因此，將腰果酚列入環(huán)氧化增塑劑使用，其很大程度上能滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展觀要求。

結(jié)語(yǔ)

腰果酚具有較好的熱穩(wěn)定性； 對(duì)腰果酚的酸值、黏度、加熱減量等性能進(jìn)行測(cè)定，并與環(huán)氧大豆油進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，腰果酚符合環(huán)保增塑劑的使用要求，可以作為一種性能優(yōu)良的環(huán)保增塑劑產(chǎn)品。

[1]劉國(guó)際，張勇，劉偉，雒廷亮，徐麗.腰果酚的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2012 （09）.

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