[发明专利]一种生物基聚氨酯材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基聚氨酯材料的制备方法，属于环保聚氨酯材料合成及应用领域。以淀粉基聚醚多元醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯为主要原料，全水发泡法制备生物基聚氨酯硬泡材料，通过发泡剂、催化剂为助剂的组份优化，制备的优化配方如下：加入多元醇质量1.0‑2.0%的表面活性剂，2.0~3.0%的发泡剂，0.2‑0.3%的催化剂和110‑150%的异氰酸酯，在此配方下，制备的生物基聚氨酯泡沫材料的性能：压缩强度238.5‑374.7KPa，表观密度48.1‑58.3kg/m³，导热系数0.016‑0.024W/(m•K)，尺寸变化率1.5‑2.9%,完全满足聚氨酯保温材料SY/T 0415‑96标准的指标要求。通过使用生物基聚醚，一方面为产品提供了可降解性，另一方面明显降低了聚氨酯泡沫的制备成本，本产品可用作保温材料及汽车内饰材料等，是石油基聚氨酯材料的理想替代品。

技术领域

本发明涉及环保聚氨酯材料合成技术领域，具体涉及一种生物基聚氨酯材料的制备方法。

背景技术

聚氨酯由多元醇与异氰酸酯缩聚而成，被称为世界上第五大高分子材料，由于其优异的特性，被广泛应用于建筑保温、交通运输、产品包装和纺织医药等各个领域。随着聚氨酯材料使用量的逐年增加，随之也带来了一系列问题。由于聚氨酯材料的不可降解性，每年都会累积大量的废旧聚氨酯产品，这些产品大部分通过焚烧处理，这造成了严重的环境污染及资源浪费问题。因此开发可降解性聚氨酯材料成为解决上述问题的关键。

多元醇作为合成聚氨酯泡沫材料两大主要原料之一，目前大多来源于石化资源，由于石化资源的日渐枯竭和不可再生性；再加之所制备的材料的不可降解性，造成了废弃材料的处理困难，因而严重制约着聚氨酯行业的可持续发展。因此，从可再生性和可降解性的生物质原料出发，开发生物基多元醇用于制备生物基聚氨酯材料，已成为聚氨酯产业的未来发展方向。在聚氨酯泡沫材料领域，对生物质的利用研究主要集中在淀粉、植物油、木质素、木材和农作物废弃物等，主要有两种方式：（1）将生物质通过一系列的反应制成分子链段上带有多个羟基的液化多元醇，用作后续聚氨酯泡沫材料生产的多元醇原料；（2）将生物质粉末化，用作聚氨酯泡沫材料的改性填料。

专利号201910687171.9提供了一种可降解生物基聚酯型聚氨酯及其制备方法，具体步骤如下：将多元醇引发剂、催化剂a和脲溶于有机溶剂中，加入γ-丁内酯后在低温下反应一段时间，加入酸性物质终止反应，将反应混合物加入甲醇中沉淀得到聚(γ-丁内酯)多元醇。(2)将步骤(1)中所述得到的聚(γ-丁内酯)多元醇、催化剂b与异氰酸酯溶于有机溶剂中，在一定温度下反应一段时间后，将反应混合物加入乙醚中沉淀得到聚氨酯。

专利号201710682371.6提供了一种生物基聚酯多元醇及其制备方法与利用其制备的聚氨酯硬泡及制备的方法，利用粗甘油、废弃油脂和脂肪酸制备生物基多元醇，再制备出生物基聚氨酯硬泡，其压缩强度为180-230KPa。

朱俐静以硫酸为催化剂，使甘蔗渣和玉米棒芯在聚乙二醇 400 和丙三醇构成的液化试剂中进行液化反应，然后利用三氯氧磷对液化产物进行改性，制备生物基聚醚多元醇，在此基础上，将所得的液化产物及改性产物代替部分传统的聚醚多元醇制备出聚氨酯硬质泡沫，其密为度33.6-77.4kg/m³、压缩强度119-180KPa。(朱俐静.新型生物质基多元醇及聚氨酯保温材料的制备和表征. 华南理工大学，2012.)

张广宇以花生壳粉为原料，经液化制备出生物基多元醇，再制备了生物基聚氨酯材料，研究表明，相比普通聚氨酯材料，生物基聚氨酯的发泡时间延长了大约3倍，产品密度为 50-60kg/m³，压缩强度为190KPa。(张广宇.生物基硬质聚氨酯泡沫的制备与性能研究.青岛科技大学, 2017.)

上述方法均成功制备了生物基聚氨酯材料，但制备工艺相对复杂，产品综合性能不详，不具备具体应用的前提。

发明内容