[发明专利]多异氰酸酯基生质材料及其形成方法

说明书

技术领域

本发明是涉及多异氰酸酯基的生质材料，更特别涉及其形成方法及应用。

背景技术

聚胺基甲酸酯(polyurethane，以下简称PU)泡棉是重要民生或工业材料，广泛应用于运输、运动器材、家具、包装、织物、及隔热材料等产业。北美、欧洲、日本等地的PU泡棉年产量大于230万吨，全球的每年成长率为2-3％。台湾泡棉厂每年产量近10万吨，竞争激烈亟需新技术使泡棉品质升级，并开发高附加价值产品。

随PU工业发展及时代变迁，现代泡棉产品已开发多种技术如选用新发泡剂、开发耐黄化/稳定助剂、强制发泡冷却技术、变压发泡技术、二氧化碳系统、及二异氰酸异佛尔酮(isophorone diisocyanate，以下简称IPDI)系PU泡棉材料及制程。目前的研究重心更趋于环保化(无卤材料的选用)、非黄变化、以及高品质化。

二异氰酸酯如二异氰酸异佛尔酮(IPDI)或六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate，以下简称HDI)系的结构不含芳香环，不易产生黄变等劣化现象，已开始应用于发泡衣料，如内衣、卫生器材、交通器材、运动器材、及缓冲材料等领域，全球产值约为30至35亿元新台币。

目前市售的泡棉预聚物均为双官能基的线型分子，本身无法形成三次元立体结构，而需另外添加交联剂以达三次元交联硬化效果。此外为了符合环保需求，目前各国多制定法规鼓励厂商将生质材料应用于各式石化产品中。以木质素为例，其结构具有大量羟基，可作为泡棉配方中的预聚物。然而木质素中位于烷基上的羟基的反应性远低于位于苯环上的羟基，反应不均的结果将大幅降低产品物性。因此如何使木质素中不同取代位置的羟基的反应性一致，为本领域亟需克服的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能使不同取代位置的羟基的反应性一致的形成多异氰酸酯基生质材料的方法，以及该方法形成的多异氰酸酯基生质材料。

本发明提供一种形成多异氰酸酯基生质材料(biomass material havingmulti isocyanate groups)的方法，包括配制二异氰酸酯溶液；以及将具有多个羟基的生质材料溶解后，加入二异氰酸酯溶液中，使生质材料的羟基反应形成异氰酸酯基；其中二异氰酸酯包括脂肪族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯、或上述的组合。

本发明还提供一种多异氰酸酯基生质材料，其中每一异氰酸酯基是由生质材料的羟基与二异氰酸酯反应形成，且二异氰酸酯包括脂肪族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯、或上述的组合。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：由于本发明的方法已预先使生质材料的所有羟基反应形成异氰酸酯基，可有效改善生质材料不同位置(芳香基及烷基上)的羟基反应活性不均的问题，在室温下短时间即可完成发泡反应。而且，由于本发明的上述改质的生质材料本身已具有多个异氰酸酯基，因此泡棉配方不需添加交联剂即可形成三次元立体结构。本发明的多异氰酸酯基生质材料可应用于泡棉、涂料及PU树脂配方中。

具体实施方式

本发明提供一种形成多异氰酸酯基生质材料的方法。首先，配制二异氰酸酯溶液，再将具有多个羟基的生质材料溶液加入二异氰酸酯溶液，使该生质材料的羟基反应形成异氰酸酯基预聚物。以最常见的生质材料木质素为例，上述反应如式1所示，上述二异氰酸酯可以是脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯。

在式1中，一个单体的木质素(Ligin)含有不同脂肪族及芳香族羟基。经由分子量鉴定搭配滴定法可知木质素的分子量，同时推算出有几个单体以及羟基。接着以上述羟基数目决定二异氰酸酯的使用量。木质素的每一羟基可与二异氰酸酯中一侧的异氰酸酯基进行反应，形成异氰酸酯基如式2所示。

在这必需说明的是，木质素的羟基具有不同的反应速率。举例来说，位于脂肪链上的羟基的反应速率比苯环上的羟基的反应速率快5倍左右。为了使所有的羟基均能反应形成异氰酸酯基，需加入两倍羟基以上的异氰酸酯基。