一种生物质基聚氨酯泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质基聚氨酯泡沫及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应，得到木质素改性物；(2)将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均匀混合，然后按异氰酸酯指数为1-1.4加入异氰酸酯进行第三接触反应，并对该第三接触反应得到的产物进行固化。根据本发明专利技术的方法制备的聚氨酯泡沫具有优良的机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种生物质基聚氨酯泡沫的制备方法，以及由该方法制备的生物质基聚氨酯泡沫。
技术介绍
随着人们对环境危机和资源危机的认识不断深刻，木质素、淀粉等天然高分子新材料的开发日益受到重视。木质素与淀粉属于天然高分子化合物，是储量巨大而且可再生的有机资源，广泛存在于植物体内。聚氨酯由于其价格低廉、性能优越，已成为现代高分子 エ业发展最快的品种之一。由于木质素、淀粉具有羟基等多种官能团，经过开发后可以替代石油基化学品(如石油基多元醇)，成为有机化合物的重要来源，用于合成聚氨酯等高分子材料。CN1543478A中公开了利用木质素制备聚氨酯的方法，该方法包括使以溶解状态含有木质素磺酸或其部分中和盐的多醇溶液与多异氰酸酯发生缩聚反应，其中，该木质素磺酸或其部分中和盐的含有量在总聚氨酯中占1-40%。然而，该方法中的木质素磺酸或其部分中和盐的反应活性较低，其羟基不能与多异氰酸酯发生充分的聚合反应，而大部分的木质素成分只能以填料的形式存在于最终制备的聚氨酯中，因此，一方面无法实现用木质素成分替代石油基多元醇的目的，另ー方面木质素成分不能在聚氨酯中起到大分子多官能度交联核的作用，造成木质素成分与聚氨酯的结合性能较差。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的是为了克服现有的生物质聚氨酯的上述缺陷，提供一种新的生物质基聚氨酯泡沫的制备方法。本专利技术的另ー个目的是提供由所述方法制备的生物质基聚氨酯泡沫。本专利技术提供了ー种生物质基聚氨酯泡沫的制备方法，该方法包括以下步骤(1)在100_135°C下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应 1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应，得到木质素改性物；(2)将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均勻混合，然后按异氰酸酯指数为1-1. 4加入异氰酸酯进行第三接触反应，并对该第三接触反应得到的产物进行固化。本专利技术还提供了ー种生物质基聚氨酯泡沫，该生物质基聚氨酯泡沫由上述方法制得。在本专利技术提供的所述方法中，步骤(1)中制备的木质素改性物具有较高的反应活性，使木质素能够代替石油基多元醇參加聚氨酯的聚合反应，实现生物质成分对石油基反应物的替代，同时改性温度较低；另外，根据本专利技术的制备生物质基聚氨酯泡沫的过程中不需要使用挥发性溶剤，从而不会对环境造成污染。具体实施例方式本专利技术提供的所述生物质基聚氨酯泡沫的制备方法包括以下步骤(1)在100_135°C下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应 1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应，得到木质素改性物；(2)将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均勻混合，然后按异氰酸酯指数为1-1. 4加入异氰酸酯进行第三接触反应，并对该第三接触反应得到的产物进行固化。在本专利技术中，术语“异氰酸酯指数”指的是异氰酸酯当量数与多元醇当量数的比值，表示聚氨酯配方中异氰酸酯过量的程度，所述异氰酸酯当量数是指异氰酸酯中的异氰酸根的摩尔数，所述多元醇当量数是指多元醇的醇羟基的摩尔数。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤(1)中，所述第一接触反应是为了对所述秸秆木质素进行改性，以提高其反应活性。所述第一接触反应的反应条件优选包括反应温度为120-135°C，反应时间为1-2小时。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤(1)中，所述第二接触反应是为了控制秸秆木质素的缩合副反应，使得最终获得的木质素改性物具有较高的反应活性。所述第二接触反应的条件可以包括反应温度为60-100°C，优选为80-90°C;反应时间为0. 5-1小吋，优选为0. 5-0. 8小时。在本专利技术中，在步骤(1)中，如果将秸秆木质素材料、多元醇、酸性催化剂和淀粉直接混合并进行第一接触反应，则淀粉会消耗改性剂和催化剂，从而大大降低了木质素的改性效果，从而难以达到提高木质素改性物的反应活性的目的。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤⑴中，相对于100重量份的秸秆木质素材料，所述多元醇的加入量可以为90-200重量份，优选为120-160重量份；所述酸性催化剂的加入量可以为0. 1-3重量份，优选为0. 5-2重量份；淀粉的加入量可以为60-200重量份，优选为100-150重量份。在本专利技术中，所述秸秆木质素材料可以为各种常规植物的秸秆，例如可以为禾本科植物的秸秆，优选为小麦秸秆和/或玉米秸秆。所述秸秆木质素材料的颗粒尺寸没有特别的限定，优选情况下，所述秸秆木质素材料的颗粒尺寸为10-200目。在本专利技术中，所述多元醇可以为各种常规的多元醇，可以为大分子多元醇，也可以为小分子多元醇，只要ー个分子中同时含有至少2个羟基即可。优选情况下，所述多元醇为乙ニ醇、聚乙ニ醇和甘油中的一种或多种，所述聚乙ニ醇的重均分子量可以为200-5000，优选为400-1000 ；更优选的情况下，所述多元醇为聚乙ニ醇和甘油的混合物，在这种优选情况下，甘油与聚乙ニ醇共同作用可以抑制木质素的缩合反应，从而能够进ー步提高最终获得的木质素改性物的反应活性。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤(1)中，当所述多元醇为聚乙ニ醇和甘油的混合物时，聚乙ニ醇与甘油的混合重量比例优选为1-15 1，更优选为1.5-10 1。进ー步优选情况下，相对于100重量份的秸秆木质素材料，所述聚乙ニ醇的加入量优选为80-150 重量份，所述甘油的加入量优选为10-50重量份。在本专利技术中，所述酸性催化剂可以为磷酸、盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、乙ニ酸、丙ニ 酸、丁ニ酸、苯磺酸和苯甲酸中的一种或多种，最优选为硫酸。在本专利技术中，所述淀粉可以为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉和甘薯淀粉中的一种或多种。所述淀粉的颗粒尺寸优选为10-200目。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤O)中，所述第三接触反应的反应条件可以包括反应温度为15-30°C，优选为15-20°C ；反应时间为0. 5-5min，优选为l-anin。根据本专利技术提供的所述方法，在步骤O)中，对所述第三接触反应得到的产物进行固化的条件可以包括固化的温度为60-120°C，优选为60-80°C ；固化的时间为2- 小吋，优选为2-10小吋。所述固化可以采用常规的固化方法实施，例如烘箱干燥固化。根据本专利技术提供的所述方法，所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂的加入量各自都可以在较大的范围内变动。优选情况下，相对于100重量份的所述木质素改性物，所述聚醚多元醇的加入量为50-300重量份，所述胺类催化剂的加入量为1-10 重量份，所述发泡剂的加入量为10-100重量份。当所述木质素、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均在上述数值范围内加入时，最终制备的生物质基聚氨酯泡沫具有较好的机械性能。进ー步优选情况下，相对于100重量份的所述木质素改性物，所述聚醚多元醇的加入量为100-200重量份，所述胺类催化剂的加入量为1. 5-8重量份，所述发泡剂的加入量为 20-50重量份。所述聚醚多元醇可以为市售的各种常规的聚醚多元醇，其重均分子量优选为 200-5000，更优选为400-1000，例如可以为聚醚多元醇4110和/或聚醚多元醇403。所述胺类催化剂可以为三乙烯ニ胺、三乙胺、三乙醇胺和ニ甲基环己胺中的ー种或多种，最优选为三乙烯ニ胺。所述发泡剂可以为各种常规的发泡剂，例如可以为ー氟ニ氯乙烷、1，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雁明，储富祥，秦特夫，邹献武，李燕，刘姝君，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：