[发明专利]一种生物降解二氧化碳基聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

本发明提供一种生物降解二氧化碳基聚氨酯弹性体及其制备方法，由包括以下组分的原料制得：60～110份二氧化碳基多元醇、22～35份脂肪族二异氰酸酯、0.002～0.01份催化剂、0.1～0.8份抗氧剂、0.2～0.8份含磺酸盐的二羟基化合物和3.5～18份扩链剂。本发明通过引入强亲水基团的磺酸盐，大大改善聚氨酯弹性体材料的亲水性，使其水解性增强，大大提高生物降解性能。聚氨酯弹性体的数均分子量5.8～8.2万，重均分子量7.6～11.5万，拉伸强度14～25MPa，断裂伸长率650～820％。堆肥试验表明：聚氨酯弹性体材料30天就开始崩解；90天后，降解率超过70％；180天后，降解率达到92％。

技术领域

本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，尤其涉及一种生物降解二氧化碳基聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

聚氨酯在我国是年产超千万吨的大宗材料，具有高强度、抗撕裂、耐磨损等诸多优势特性，自1937年Otto Bayer等人在I.G.Farbe实验室开发研究出来以后，得到了迅速的发展，已经成为性能优越、应用广泛的高分子材料。随着该材料的应用领域越来越广泛以及用量越来越大，带来的是对环境产生大量的聚氨酯废弃物。该类废弃物的无害化处理，一直都是聚氨酯研究领域的一个重要方向，掩埋、焚烧及通过各种物理或化学手段回收是当前运用或研究较多的处理方法。然而，这些方法都不能从源头上真正解决聚氨酯的生态化处理，在注重绿色环保、节能低耗的今天，利用微生物代谢过程，以聚氨酯作为为碳源，使之降解转化或被消化吸收的生化技术愈来愈受到重视。

可生物降解的聚(ε-已内酯)、聚己内酯以及聚酯多元醇作为软段制备聚氨酯的重要原料，已经得到了广泛的研究。K.Mohammad等人[J.Polym.Sci.,2006，44(9):2990-3000]以聚(ε-已内酯)(PCL)二醇为软段，合成了一种可生物降解的脂肪族热塑性聚氨酯。何显运等人[材料导报B，2014，28(2):54-57]以赖氨酸二异氰酸酯和聚己内酯二醇为原料，采用本体聚合法合成医用可降解聚氨酯。众所周知，聚氨酯的生物降解过程核心是氨酯键的水解过程，也就是生物酶解过程，微生物分泌的酯酶首先攻击聚氨酯的酯键，使其发生水解断裂，同时水解酰胺键，破坏聚氨酯材料的高聚物链，生成低分子量的化合物，然后聚氨酯片段进一步发生裂解，最终完成生物降解过程。材料表面亲水至关重要，上述这些报道的材料有一定的生物降解性，然而，亲水性较差，导致了最后的生物降解性能不理想。为了提高亲水性，具有亲水性基团的聚乙二醇(PEG)被引入到了聚氨酯合成过程中，也得到了大量的研究。Tian等人[ChemicalPropellants and Polymeric Materials，2013，11(3):85-88]以PEG为引发剂制备了不同含量的PEG基生物可降解聚氨酯，结果发现随着PEG含量增加会降低聚氨酯的力学性能，却提高其亲水性能和降解速度。CN1191289报道了一种可生物降解聚氨酯弹性体的合成方法，以PEG、聚己内酯为软段，2,6-六亚甲基二异氰酸酯为原料，制备了聚氨酯弹性体。李兴等人(高分子材料科学与工程，2017，33(8)：17-26)PEG为引发剂，辛酸亚锡为催化剂，对L-丙交酯进行开环聚合，制备了聚丙交酯－聚乙二醇－聚丙交酯三嵌段预聚物，然后与2,6-六亚甲基二异氰酸酯进行预聚，丁二醇进行扩链制备了一种可生物降解的聚氨酯。将PEG引入到了聚氨酯主链结构中，虽然增加了材料的亲水性，然而，聚乙二醇这种醚类结构的基团是根本无法降解的，PEG的亲水性通过乙氧基基团来亲水，对于聚氨酯弹性体这种高分子材料要具有较好的亲水性，则需要超过30％的PEG用量，但是这种PEG含量越高，降解性能越差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物降解二氧化碳基聚氨酯弹性体及其制备方法，该聚氨酯弹性体具有优异的生物降解性能。

本发明提供了一种生物降解二氧化碳基聚氨酯弹性体，以重量份数计，由包括以下组分的原料制得：

60～110份二氧化碳基多元醇、22～35份脂肪族二异氰酸酯、0.002～0.01份催化剂、0.1～0.8份抗氧剂、0.2～0.8份含磺酸盐的二羟基化合物和3.5～18份扩链剂。