[发明专利]可降解异氰酸酯及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子化合物即环氧树脂复合材料技术领域，尤其是涉及可降解异氰酸酯及其制备方法，以及由该异氰酸酯与各种氢给予体化合物加成聚合得到的聚氨酯材料、以及由聚氨酯改性环氧树脂和可降解固化剂合成的聚合物、复合材料及所述聚氨酯材料，聚合物和复合材料的降解。 

背景技术

聚氨酯材料因其独特的结构和优异的性能，以泡沫塑料、弹性体、胶黏剂等形式广泛应用于建筑、汽车工业、国防、航空等国民经济各领域。 

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯链段的高分子聚合物。聚氨酯是一类用途广泛的合成材料，目前广泛应用于医用高分子材料领域的聚氨酯通常是由大分子二元醇与过量的二异氰酸酯反应形成含异氰酸端基的“预聚物”，然后加入低分子的二元醇或二元胺进行扩链反应而得到。其中大分子多元醇形成柔性链，二异氰酸酯和扩链剂形成刚性链。以常用的二异氰酸酯和二元醇为例，其反应可表示如下： 

聚氨酯的柔性链一般由聚醚或聚酯构成，极性弱，体现聚氨酯弹性性能。聚氨酯的玻璃化温度、拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性、剪切强度、血液相容性、亲水性等性能都可通过分子设计进行调控，通过选择不同种类或不同分子量的柔性链和刚性链，或把几种柔性链或刚性链组合起来应用，可以聚合成具有特定性能的聚氨酯。聚合可以是嵌段聚合，也可以是交联聚合。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外， 还可含有醚、酯、脲、缩二脲、脲基甲酸酯等基团。聚氨酯的结构变化很多，可以在很宽的范围内调节其性能。选择不同数目和不同类型的官能团，采取不同的合成工艺，能制备出品种多样、性能各异的聚氨酯产品。 

在自然条件下，目前使用的绝大多数塑料等高分子材料均不可降解，高分子材料的大量使用，白色污染问题日益严重，对环境造成巨大破坏。随着温室效应、污染等环境危机的日益恶化，环境保护刻不容缓，世界上许多国家已立法限制使用一次性非降解塑料，提倡使用降解塑料制作的一次性购物袋、垃圾袋等。在包装等领域，聚氨酯泡沫塑料具有比强度高、保温性能好、减振缓冲性能优良等特性，可以作为高档的包装材料；聚氨酯材料具有良好的生物相溶性和抗血栓性、优良的力学性能、易加工成型、价位较低等优点，在生物医学领域有着广泛的应用前景。但是这些聚氨酯塑料几乎不能降解，给其工业的发展带来了污染环境的问题。因此，可降解特性对于聚氨酯材料在包装、医疗领域的应用具有十分重要的意义。在一次性包装材料领域采用可降解的聚氨酯泡沫塑料，可以减少污染，保护环境。而可降解的医用聚氨酯可以在人体内逐渐生物分解，并被人体吸收，可以作为优良的组织工程、药物缓释备选材料，将极大的促进医疗技术水平进步。 

目前回收聚氨酯的方法有物理回收、焚烧回收和化学回收。物理回收方法不破坏高聚物的化学结构、不改变其组成，聚氨酯可重新用作填料、热压成型等用途，物理回收方法简单方便，但通过这种方法获得的产品市场使用范围有限，处理过程也有技术性限制，回收的废料主要是低档的聚氨酯废料。焚烧回收方法是利用焚烧的方法从聚氨酯废弃物中获得能量，但聚氨酯如果在焚烧过程中燃烧不完全的话，将会有大量有毒气体生成，污染严重。化学回收方法是在化学试剂、催化剂等条件下，将聚氨酯降解成可重新利用的液体低聚物甚至是小分子有机化合物，从而实现原料的循环使用。然而受制于价格和成本两方面因素，可降解聚氨酯在技术方面还不十分成熟，商品化程度较低，因此尚需系统、深入地开展相关基础研究工作。 

另一方面，聚氨酯改性环氧树脂相比传统环氧树脂在韧性、抗冲击强度上具有更优异的性能，由于其优异的物理机械性能、电绝缘性、粘结性能而被广泛应用于复合材料、浇注件、电子电器、涂料等领域。而纤维增强环氧树脂复合材料，特别是碳纤维复合材料已经越来越广泛应用在航空、汽车、火车、轮船、风力发电和潮汐能源、体育用品等行业。预计到2015年，全球复合材料生产量会显著增长，超过1000万吨。但是固化后环氧树脂的高密度、三维网状结构使其成为极其耐用坚硬的材料，可以承受大范围的环境条件的影响。同时，固化后环氧树脂的交联网状结构使其去除、回收和再利用特别困难。本质上，通常使用聚胺与环氧树脂复配发生的交联反应是不可逆的，因此，这种物质不能重新熔解、不能无损的重新成型、也不能轻易的溶解，如何处理和回收纤维复合材料废弃物是阻碍其蓬勃发展的世界性难题，从而制约了纤维复合材料的可持续发展。