基木质素聚氨酯产品的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种生产基于木质素的聚氨酯产品的制造方法。该过程包括混合至少一种干燥的木质素和至少一种异氰酸酯来形成木质素-异氰酸酯混合物，并且式该木质素-异氰酸酯混合物参与聚合反应。该聚合反应可能包括加热木质素-异氰酸酯混合物，在该木质素-异氰酸酯混合物加入至少一种催化剂，或在存在至少一种催化剂时，将木质素-异氰酸酯混合物与包括至少一种多元醇的树脂混合。该过程获得的基于木质素的聚氨酯产品可为刚性泡沫、软泡沫、硬质板、刚性嵌段、涂层、包装、粘合剂、夹子、密封剂、弹性体、热塑性聚氨酯或反应注塑成型。本发明专利技术也提供了一种包括至少一种干燥木质素和至少一种异氰酸酯的混合物，来用于基于木质素的聚氨酯产品的生产。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

涉及聚氨酯产品的制造。更具体地涉及使用木质素-异氰酸酯混合物制备聚氨酯产品的方法。
技术介绍
聚氨酯(PUs)是由聚合物构成的，这种聚合物是由氨基甲酸酯(氨基甲酸乙酯)作为单体连接而成的有机单元，其中氨基甲酸酯是通过羟基基团和异氰酸酯基团反应生成的。R-N＝C＝O+R’-OH→R-NH-C(O)-O-R’(异氰酸酯)(羟基)(氨基甲酸乙酯)在工业上，聚氨酯聚合物通常是由异氰酸酯和多元醇反应而生成的，这两种反应物每摩尔平均有两个或以上的反应功能团。下述反应方程式表示由亚甲基二苯二异氰酸酯(MDI)与乙二醇反应生成聚氨酯的例子。从低密度泡沫到高性能复合材料，都可由PUs生产得到，因此应用十分广泛。例如：柔韧且高弹性的泡沫坐垫，硬质泡沫塑料保温板，电子灌封胶，高性能粘合剂，表面涂层，包装，表面密封剂以及合成纤维，而这些只是其应用的一部分。PU泡沫通常由树脂和异氰酸酯反应生成，其中的树脂包含至少一种多元醇、表面活性剂、催化剂和发泡剂的反应产物，而异氰酸酯则包括两个或以上的异氰酸酯基团。用于PUs生产的多元醇通常来自于石油产物。然而，由于环境问题，如今越来越多的工业制造方法正试图用“更绿色的”生物质产物来替代石油产物。其中，木质素作为一种多元醇生物高聚物，可以很容易的从食品级和非食品级的生物质中提取得到，例如农业废弃物或森林中的生物质，其可较好地至少部分的取代来自石油产物的多元醇。木质素是地球上含量仅次于纤维素的生物高聚物，是已知的生产纸浆和造纸的副产物。其物理和化学性质依赖于木材的种类，植物所在的地区和提取分离的过程。木质素的用途广泛，因为它比多元醇便宜，并且对环境的危害较小。木质素之前可用于PU泡沫的生产。例如，在多元醇-异氰酸酯的混合物中加入木质素来提供有机电荷，用来生产PU泡沫。有的制造方法，是将木质素分散在含多元醇的树脂中，该树脂提前和异氰酸酯进行了混合。其他的生产PU泡沫的过程涉及到了对木质素进行化学改性，之后再分别与树脂、异氰酸酯进行混合。然而，这些过程存在以下缺点，生产成本高或高于来自于石油的材料，较难调节粘度，和/或准备含有相对高质量木质素的Pus存在困难。根据前面提到的，一个经济且环境友好的新的生产聚氨酯的过程是有必要的。一个新的基于木质素的聚氨酯的制造方法是有必要的，来限定在已知的聚氨酯制造方法中所提到的困难。概述因此，本专利技术的目的是解决上述提到的问题。一方面提供了基木质素聚氨酯产品的制造方法，其包括混合至少一种干燥的木质素和至少一种异氰酸酯以形成木质素-异氰酸酯混合物，并且通过将木质素-异氰酸酯混合物加入到聚合反应中可获得基木质素聚氨酯产品。根据可选的方面，聚合反应通过以下进行：-加热所述木质素-异氰酸酯混合物，或-将至少一种催化剂加入到所述木质素-异氰酸酯混合物中，或-在至少一种催化剂存在时，将所述木质素-异氰酸酯混合物和包括至少一种多元醇的树脂混合。在另一个可选的方面，所述干燥木质素的水分含量小于约10wt％。在另一个可选的方面，所述干燥木质素的水分含量小于约5wt％。在另一个可选的方面，所述干燥木质素的水分含量小于约2wt％.在另一个可选的方面，所述干燥木质素的水分含量小于约1wt％。在另一个可选的方面，存在于所述木质素-异氰酸酯混合物中的所述干燥木质素的量为约1wt％至约50wt％。在另一个可选的方面，存在于所述木质素-异氰酸酯混合物中的所述干燥木质素的量为约10wt％至约40wt％。在另一个可选的方面，存在于所述木质素-异氰酸酯混合物中的所述干燥木质素的量为约20wt％至约35wt％。在另一个可选的方面，所述木质素为磺酸盐木质素、牛皮纸浆木质素、有机溶剂木质素、苏打木质素、在纸浆黑液中电化学分离得到的木质素，或其任意混合物。在另一个可选的方面，所述木质素是木质素磺酸钠或木质素磺酸钾。在另一个可选的方面，所述异氰酸酯包括至少两个异氰酸酯基团。在另一个可选的方面，所述异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯，芳香族异氰酸酯或其混合物。在另一个可选的方面，所述脂肪族异氰酸酯是六亚甲基-二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮-二异氰酸酯(IPDI)、或亚甲基-二(4-三己基异氰酸酯)(H12MDI或氢化MDI)、以及所述芳香族异氰酸酯是亚甲基-二苯基-二异氰酸酯(MDI)、甲苯-二异氰酸酯(TDI)或萘基-二异氰酸酯(NDI)。在另一个可选的方面，MDI是2,2’--MDI、2,4’--MDI、4,4’--MDI或其任意混合物，或聚合MDI，以及TDI是2,4--TDI、2,6-TDI或其混合物。在另一个可选的方面，所述异氰酸酯是WannateTM,、PAPITM、VoranateTM或IsonateTM的异氰酸酯。在另一个可选的方面，所述异氰酸酯是PAPITM27或WannateTMPM700异氰酸酯。在另一个可选的方面，所述木质素-异氰酸酯混合物还包括至少作为降粘剂的添加剂、表面活性剂、阻燃剂、发泡剂或其任意混合物。在另一个可选的方面，所述催化剂是金属催化剂、胺催化剂或其任意混合物。在另一个可选的方面，所述催化剂包括汞、铅、锡、铋、钾、锌催化剂或其任意混合物。在另一个可选的方面，所述催化剂包括二丁锡二月桂酸酯、亚锡辛酸酯、钾辛酸酯或其任意混合物。在其它另一个可选的方面，所述催化剂含有包括叔胺。在另一个可选的方面，所述催化剂包括三乙烯二胺(TEDA)、苄基二甲基胺(BDMA)、五甲基二乙烯三胺(PMDETA)、二甲基环己基胺(DMCHA)、二甲基乙醇胺(DMEA)、三乙醇胺(TEA)或其任意混合物。在另一个可选的方面，通过使所述木质素-异氰酸酯混合物和包括至少一种多元醇的树脂以及至少一种催化剂混合，进行聚合反应。在另一个可选的方面，所述树脂包括约0.1-0.6pphp的胺催化剂和约2-6pphp的金属催化剂。在另一个可选的方面，所述多元醇是脂肪族聚酯或聚醚多元醇、芳香族聚酯多元醇、卤代聚醚多元醇、聚乙二醇、基蔗糖聚醚多元醇、基胺聚醚多元醇、基蔗糖/胺的聚醚多元醇、基甲苯二胺多元醇、基曼尼希多元醇、(聚四亚甲基乙二醇)多元醇(PTMEG)、共聚多元醇、酚醛树脂多元醇、木质多元醇、提取自生物质的生物多元醇，或其任意混合物。在另一个可选的方面，所述树脂还包括至少一种添加剂，所述添加剂包括表面活性剂、阻燃剂、发泡剂、水、抗菌剂、色素、香味剂、紫外线稳定剂，或其任意混合物。在另一个可选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基木质素聚氨酯产品的制造方法，其包括混合至少一种干燥木质素和至少一种异氰酸酯以形成木质素‑异氰酸酯混合物，并且通过将木质素‑异氰酸酯混合物加入到聚合反应中可获得基木质素聚氨酯产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.13 US 61/865,3581.基木质素聚氨酯产品的制造方法，其包括混合至少一种干燥木质素和至少一种异氰
酸酯以形成木质素-异氰酸酯混合物，并且通过将木质素-异氰酸酯混合物加入到聚合反应
中可获得基木质素聚氨酯产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过以下步骤进行聚合反应：
-加热所述木质素-异氰酸酯混合物，
-将至少一种催化剂加入到所述木质素-异氰酸酯混合物，或
-在至少一种催化剂存在时，将所述木质素-异氰酸酯混合物和包括至少一种多元醇的
树脂混合。
3.根据权利要求2所述的方法，其中干燥木质素的水分含量小于约10wt％。
4.根据权利要求3所述的方法，其中干燥木质素的水分含量小于约5wt％。
5.根据权利要求4所述的方法，其中干燥木质素的水分含量小于约2wt％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中干燥木质素的水分含量小于约1wt％。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中存在于所述木质素-异氰酸酯混合物
中的所述干燥木质素的量为约1wt％到约50wt％。
8.根据权利要求7所述的方法，其中存在于所述木质素-异氰酸酯混合物中的所述干燥
木质素的量为约10wt％至约40wt％。
9.根据权利要求8所述的方法，其中存在于所述木质素-异氰酸酯混合物中的所述干燥
木质素的量为约20wt％至约35wt％。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其中所述木质素为磺酸盐木质素、牛皮纸
浆木质素、有机溶剂木质素、苏打木质素、在制浆黑液中电化学分离得到的木质素，或其任
意混合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述木质素是木质素磺酸钠或木质素磺酸钾。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法，其中所述异氰酸酯包括至少两个异氰酸
酯基团。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中所述异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯、
芳香族异氰酸酯或其混合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述脂肪族异氰酸酯是六亚甲基-二异氰酸酯
(HDI)、异佛尔酮-二异氰酸酯(IPDI)，或亚甲基-二(4-三己基异氰酸酯)(H12MDI或氢化
MDI)，以及所述芳香族异氰酸酯是亚甲基-二苯基-二异氰酸酯(MDI)、甲苯-二异氰酸酯
(TDI)或萘基-二异氰酸酯(NDI)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中MDI是2,2’-MDI、2,4’-MDI、4,4’-MDI或其任意混
合物，或聚合MDI，以及其中TDI是2,4-TDI、2,6-TDI或其混合物。
16.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中所述异氰酸酯是
WannateTM、PAPITM、VoranateTM或IsonateTM的异氰酸酯。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述异氰酸酯是PAPITM27或WannateTMPM700异氰
酸酯。
18.根据权利要求2至17中任一项所述的方法，其中所述木质素-异氰酸酯混合物还包
括至少一种作为降粘剂的添加剂、一种表面活性剂、一种阻燃剂、一种发泡剂或其任意混合
物。
19.根据权利要求2至18中任一项所述的方法，其中所述催化剂是金属催化剂、胺催化
剂或其任意混合物。
20.根据权利要求2至19中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括汞、铅、锡、铋、钾、
锌催化剂或其任意混合物。
21.根据权利要求2至20中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括二丁锡二月桂酸
酯、亚锡辛酸酯、钾辛酸酯或其任意混合物。
22.根据权利要求2至21中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括叔胺。
23.根据权利要求2至22中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括三乙烯二胺
(TEDA)、苄基二甲基胺(BDMA)、五甲基二乙烯三胺(PMDETA)、二甲基环己基胺(DMCHA)、二甲
基乙醇胺(DMEA)、三乙醇胺(TEA)或其任意混合物。
24.根据权利要求2至23中任一项所述的方法，其中通过使所述木质素-异氰酸酯混合
物和所述包括至少一种多元醇和至少一种催化剂的树脂进行混合。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述树脂包括约0.1-0.6pphp的胺催化剂和约2-
6pphp的金属催化剂。
26.根据权利要求2至25中任一项所述的方法，其中所述多元醇是脂肪族聚酯或聚醚多
元醇、芳香族聚酯多元醇、卤代聚醚多元醇、聚乙二醇、基蔗糖聚醚多元醇、基胺聚醚多元
醇、基蔗糖/胺的聚醚多元醇、基甲苯二胺多元醇、基曼尼希多元醇、(聚四亚甲基乙二醇)多
元醇(PTMEG)、共聚多元醇、酚醛树脂多元醇、木质多元醇、提取自生物质的生物多元醇，或
其任意混合物。
27.根据权利要求2至26中任一项所述的方法，其中所述树脂还包括至少一种添加剂，
所述添加剂包括表面活性剂、阻燃剂、发泡剂、水、抗菌剂、色素、香味剂、紫外线稳定剂或其
任意混合物。
28.根据权利要求2至27中任一项所述的方法，其中所述树脂还包括至少一种交联剂或
增链剂。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述交联剂或增链剂包括低分子量的多元醇或
聚胺。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述交联剂或增链剂包括甘油、二乙醇胺(DEA)、
三乙醇胺(TEA)、三羟甲基丙烷、乙烯乙二醇、丙烯乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿曼德·朗格卢瓦，米歇尔·德鲁安，
申请(专利权)人：能源实验室二零零零有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA