[发明专利]一种本征紫外屏蔽聚氨酯木质素复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种本征紫外屏蔽聚氨酯木质素复合膜及其制备方法，属于环境友好天然高分子材料领域。本发明选用纳米木质素作为原料，纳米木质素经过水热酚化改性制备得到高活性纳米木质素，将所述的改性纳米木质素质量份数为0.5～10份为准，聚氨酯预聚物质量分数计为100份，合成聚氨酯/纳米木质素复合材料，该方法制备工艺简单。本发明所制备的聚氨酯复合材料中，纳米木质素可以均匀分散于聚氨酯基体中，兼具增强增韧效果，并赋予聚氨酯复合材料薄膜优异的紫外屏蔽、介电及可重复加工性能。

技术领域

本发明涉及一种本征紫外屏蔽聚氨酯木质素复合膜及其制备方法，属于环境友好天然高分子材料领域。

背景技术

聚氨酯是在大分子主链中含有氨基甲酸酯的聚合物，通常是由二异氰酸酯和端羟基醚或端羟基聚酯作为原料制备而成。由于聚氨酯大分子中含有极性基团和聚酯或聚醚柔性链段，使得聚氨酯具有以下特点：较高的机械强度和抗氧化稳定性；具有较高的柔曲性和回弹性；优良的耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火性。因而，经过近九十年的技术发展，该种材料已经广泛应用于家居领域、建筑领域、日用品领域、交通领域、家电领域等。

随着生活质量的提升，人们对聚氨酯的性能也提出了更高的要求，因此其性能仍有待改善；除此之外，用于生产聚氨酯的多元醇通常来自于石油产物。在这个过程中，不可再生资源不断被消耗，人类将面临无资源可用的境况；同时这些石油类资源的使用也给环境带来了更严重负担。木质素(lignin)作为仅次于纤维素第二丰富的天然高分子材料，具有价廉、可再生、环境友好等优点。同时其分子结构上存在芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共轭双键等活性基团，可以替代部分多元醇，用于合成聚氨酯材料，这不仅有利于提高资源的综合利用，同时对解决环境问题也具有十分重要的现实意义和战略意义。木质素在聚氨酯中的应用关键技术问题是提高木质素的表面活性和分散均一性。

专利CN104628982A公布了一种由粗碱木质素制备得到精制碱木质素用于部分替代多元醇，用于合成水性聚氨酯的方法，所制备的水性聚氨酯机械强度有所提高，该方法通过纯化碱木质素提高反应活性和分散性，碱木质素表面羟基含量实质并未提高。

专利CN101845146A公布了一种由酶解木质素液化制备多元醇的方法，并将所制备的多元醇用于合成聚氨酯弹性体。液化后的木质素羟基含量增多，反应活性有所增加，但其步骤涉及了聚多元醇、丙三醇等多重异相组分改性，且制备过程需要高温、惰性气体保护等条件，过程略显复杂，不利于清洁制备和节能生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提出了一种利用酚化/水热改性法提升纳米木质素表面酚羟基含量，进而提高木质素反应活性的方法，并利用此木质素制备聚氨酯复合材料，本发明方法可以促进纳米木质素在聚氨酯基体中均匀分散，所制备的聚氨酯薄膜材料具有本征紫外屏蔽、耐老化、拉伸强度高、断裂伸长率大且介电性能优异等功能。本发明的方法合成工艺简单、原料易得、绿色环保。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种本征紫外屏蔽纳米木质素基聚氨酯介电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备改性纳米木质素：将纳米木质素分散至水相中形成纳米木质素分散液；将5～20份纳米木质素和0.5～40份苯酚(以质量份数计)加入至反应釜中并升温至100～120℃，向上述混合溶液加入稀酸作为催化剂并调至pH＝0.5～3.5，随后继续升温至180～220℃，保持0.5～6h，反应结束后将改性后的纳米木质素经过透析、干燥得到改性纳米木质素；

(2)制备聚氨酯复合薄膜：将异氰酸酯与聚多元醇按一定比例溶于有机溶剂中并升温除去水分，在氮气保护下向混合溶液中逐滴加入一定量的催化剂，反应一定时间后形成聚氨酯预聚物；随后向聚氨酯预聚物中加入步骤(1)制备得到的改性纳米木质素，继续反应一段时间后，通过浇筑、干燥形成聚氨酯/纳米木质素复合薄膜材料。

在本发明的一种实施方式中，所述纳米木质素包括纳米碱木质素、纳米木质素磺酸盐、纳米硫酸盐木质素、有机溶剂型纳米木质素中的一种。