[发明专利]一种植物纤维基聚醚多元醇及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物多元醇及其制备方法，具体地说，涉及一种基于植物纤维原料的用于制备聚氨酯的聚醚多元醇及其制备方法，属于高分子化学领域。

背景技术

聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。目前，聚氨酯材料已经在交通运输、冶金、建筑、轻工(造纸、制鞋、皮革)、印刷和印染等工业领域得到广泛应用，其消费量也越来越大。

用于制备聚氨酯的多元醇大部分以石化产品为原料制成。由于石油价格不断上涨，而且资源日渐枯竭，人们不得不寻求基于天然产物的聚醚多元醇以部分或者全部取代现用的聚醚多元醇。

植物油、淀粉、糖、单宁等物质都可以用作制备植物多元醇的原料。戈进杰等在专利号为98100914.X的中国发明专利中，用单宁与环氧丙烷等反应，制得一种新型的聚醚多元醇。Cunningham等在Journal of AppliedPolymer Science，1998，69：957-964发表的文章中报道将玉米粉与聚醚多元醇及其它试剂混合，再与聚异氰酸酯反应，也可制备硬质聚氨酯泡沫。后来，他们又采用了玉米淀粉和变性玉米淀粉，与聚醚多元醇等助剂混合并与聚异氰酸酯反应制备泡沫塑料。

植物纤维是地球上蕴藏量最丰富的天然资源。木材中含有50％～55％的纤维素、15％～25％的半纤维素及20％～30％的木质素，这些组分均含有大量潜在的羟基，理论上可以全部或部分代替普通的聚醚多元醇，与异氰酸酯反应制备聚氨酯材料。而且，植物纤维原料的价格远远低于单宁、淀粉等原料。但是，植物纤维原料中的纤维素结晶度高达60％～70％，木质素具有三维网状结构，二者反应活性均较差。只有经过适当的转化，才有可能得到有效利用。

早期的液化方法必须使用经过化学改性的木材，其方法非常繁琐。后来白石信夫在日本公开特许公报特开平4—106128以及特开平6-226711中公开了在混合有机溶剂中液化含木质纤维素的原料(通常是木材，也可以理解成一般的植物纤维原料)的方法，从而避免了对木材进行化学改性预处理。混合溶剂一般由不同极性的化合物组成，一种是中等强度给电子化合物，如二氧六环、四氢呋喃、丙酮等，另一种是含有羟基的受电子强极性化合物如甲醇、乙二醇、水等。该反应从本质上讲是一种醇解反应，需在强酸(如硫酸)的催化下进行。反应体系中通常需要加入一定量的苯酚，以增加植物纤维原料的溶剂化。为了降低液化产物的黏度，有时还向液化反应体系中加入少量水。目前大部分液化木材或者非木材纤维的发明专利均采用此方法。

谌凡更等在专利号为03146953.1的中国发明专利中公布了一种制备植物纤维液化物的方法。该液化物按质量份数计，由多元醇100份、酚0～12份、酸1～15份搅拌均匀，升温到110～160℃，再加入经干燥粉碎的植物纤维原料5～40份，反应20～150min，然后用冰降温而制得。该液化物可用于制备聚氨酯发泡材料。该液化物的制备方法是：将醇、酸和酚按规定的比例加入反应器中，搅拌均匀，升温到110～160℃，再加入经干燥粉碎的植物纤维原料，反应20～150min，然后用冰降温，停止反应并出料。专利号为200310117508.1的中国发明专利也提出了类似的技术方案。

戈进杰等人在《高分子材料科学与工程》2003年19卷2期194页发表的论文中公布了用甘蔗渣为原料，在聚乙二醇400与一缩二乙二醇混合物中制备植物多元醇的方法，该作者还在同一刊物2003年19卷3期194页发表的论文公布了用玉米棒为原料进行液化和用液化产物制备聚氨酯的方法。这些液化反应均以醇解反应为主。植物纤维原料液化的其他方法可参见YamadaT，Ono H.Studies on liquefaction of wood meals.BioresourceTechnology，1999，70：61～67，以及Yao Y G et al.Soluble propertiesof liquefied biomass prepared in organic solvents I.Mokuzai Gakkaishi，1994，40(2)：176-184，上述发明专利及研究论文均可以作为与本发明相关的对比文献。