[发明专利]一种生物质基阻燃聚氨酯泡沫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质基阻燃聚氨酯泡沫的制备方法，以及由该方法制备的生物质基阻燃聚氨酯泡沫。

背景技术

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，已成为现代高分子工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，另一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。另外，该方法中未加入阻燃剂，使得由此方法制备的聚氨酯的阻燃性能较差。现有技术中虽然已经公开了一些在制备聚氨酯过程可以作为阻燃剂加入的添加剂，例如，含卤素的阻燃剂和含磷的阻燃剂，所述含卤素的阻燃剂有五溴二苯醚和二溴苯基缩水甘油醚，所述含磷的阻燃剂主要有以聚磷酸铵为基(如Exolit AP)、以有机磷化合物为基(如Exolit OP)或以红磷为基(如Exolit RP)等的含磷阻燃剂，但是，采用含卤素的阻燃剂制备的聚氨酯在燃烧时毒性较大，采用含磷的阻燃剂制备的聚氨酯的反应活性较低，不能与聚氨酯发生聚合反应，从而导致由此制备的聚氨酯的阻燃性能较差。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服现有的生物质聚氨酯的上述缺陷，提供了一种新的生物质基阻燃聚氨酯泡沫的制备方法。

本发明的另一个目的是提供由所述方法制备的生物质基阻燃聚氨酯泡沫。

本发明提供了一种生物质基阻燃聚氨酯泡沫的制备方法，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)在100-180℃下，使磷酸和季戊四醇进行第三接触反应0.5-5小时，向该第三接触反应得到的产物中加入聚醚多元醇、聚磷酸铵和三聚氰胺，并在100-180℃下进行第四接触反应0.5-4小时，得到阻燃剂；

(3)将所述木质素改性物、所述阻燃剂、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五接触反应，并对该第五接触反应得到的产物进行固化。

本发明还提供了一种生物质基阻燃聚氨酯泡沫，该生物质基阻燃聚氨酯泡沫由上述方法制得。

在本发明提供的所述方法中，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参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；而且，步骤(2)中制备的阻燃剂能够与聚氨酯发生聚合反应，且不含卤素，使得最终制备的生物质基阻燃聚氨酯泡沫具有稳定的阻燃性能，并且在燃烧时毒性较低；另外，根据本发明的制备生物质基阻燃聚氨酯泡沫的过程中不需要使用挥发性溶剂，从而不会对环境造成污染。

具体实施方式

本发明提供的所述生物质基阻燃聚氨酯泡沫的制备方法包括以下步骤：

(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)在100-180℃下，使磷酸和季戊四醇进行第三接触反应0.5-5小时，向该第三接触反应得到的产物中加入聚醚多元醇、聚磷酸铵和三聚氰胺，并在100-180℃下进行第四接触反应0.5-4小时，得到阻燃剂；

(3)将所述木质素改性物、所述阻燃剂、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五接触反应，并对该第五接触反应得到的产物进行固化。

在本发明中，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。