一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫，包括按质量比例1：1.05：0.05‑0.1混合的植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物、异氰酸酯和植物粉；其中所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物包括如下组分：植物结构阻燃聚醚酯多元醇100份；发泡剂1‑20份；稳定剂0.1‑0.3份；复合阻燃剂1.5‑2.5份；催化剂2‑5份；无机色料1‑5份，各组分以重量份计。本发明专利技术由于是以稻草、棉梗为原料，在整个生产流程中无污水、无废气、无废料排放。且产品寿命到期及以后产生的垃圾是可降解的，降解后对土壤无污染，符合国家现行产业要求和环保要求。

Degradable structure flame retardant polyurethane foam and preparation method thereof

The invention discloses a degradable structure flame retardant polyurethane foam, which comprises a plant structure flame retardant polyether ester polyol mixture, isocyanate and plant powder mixed according to the mass ratio of 1:1.05:0.05 0.1, wherein the plant structure flame retardant polyether ester polyol mixture comprises the following components: a plant structure flame retardant polyether ester polyol, 100 parts, a foaming agent 1, 20 parts, and a stabilizer 0.1 0.1 0.3. Compound flame retardant 1.5 2.5 catalyst 2 5 inorganic colorant 1 5 components by weight. The invention takes rice straw and cotton stalk as raw materials and has no sewage, waste gas and waste discharge in the whole production process. And the waste produced after the product life is expired is degradable, no pollution to the soil after degradation, which meets the current national industrial requirements and environmental protection requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫及其制备方法
本专利技术属于生物质综合利用领域，具体涉及一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫的制备方法。
技术介绍
聚氨酯(polyuTethanes)材料是目前国际上性能最好的保温材料和高分子材料。主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物。英文缩写Pu。聚氨酯具有易发泡，能调节软硬程度，制品美观，加工容易等优点，因此已成为世界六大合成高分子材料之一。广泛应用于纤维，轻工，建筑材料，包装材料及汽车等工业。以往聚氨酯的原料主要来自于石油化工，消耗大量宝贵的石油资源，而且制品废弃后难以分解和回收处理，造成了严重的污染问题。开发基于可再生资源且可降解的聚氨酯材料已成为越来越迫切的课题之一。另一方面，我国农村每年将产生大量的农业废弃物稻草、棉梗等植物秸秆，由于其纤维的细短因此在制浆造纸行业也很少得到利用，目前焚烧的处理方法不仅浪费了大量的植物资源而且还污染了大气。其实，它们均含有大量的纤维素，半纤维素，木质素和单宁等多羟基化合物，因此利用秸秆的这一结构，可以用来研究开发代替石油为原料的聚醚多元醇。节约和替代石油工程和建筑节能工程为国家十大节能工程重要内容，农林废弃物资源综合再利用也是国家重要的规划政策，因此我们利用液化方法将废弃植物原料(稻草、棉梗等秸秆)液化为聚醚酯多元醇，不仅可以替代以石油为原料的聚醚多元醇，而且可以在建筑节能、其他节能工程中发挥更大作用。近年，国内外也有不少科研人员在进行类似的工作，但大都处于实验室阶段，均没有将实验室成果转化为规模化生产技术。而研究项目的目的就是要将实验室成果转化为规模化生产技术，但这一转化过程需要结合生产技术、设备、原料成本等因素，只有充分考虑生产技术、设备、原料成本等因素，才能使研究成果有效转化为可行的生产力，才能有效地为人们服务。比如CN102146017A中公开一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方法，将汽爆秸秆中纤维素和木质素加碱反应后进行固液分离，得到(1)固形物秸秆纤维素；得到的过滤液超滤膜浓缩后得到(2)爆秸秆木质素；由(1)加液化剂和催化剂，反应后过滤去除残渣得到液体生物质多元醇；由(2)烘干后加加液化剂和催化剂，反应后过滤除去残渣得到液体生物质多元醇。虽然实现了将废弃植物转变成可利用的资源，但在转变的过程中，需要进行过滤去除残渣，不但增加了操作步骤，增加了成本，而且对于废弃植物也并非实现完全的利用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种以废弃植物原料为主要原料制备的高附加值的生物降解性聚氨酯材料。技术方案：本专利技术所述可降解结构阻燃聚氨酯泡沫，包括按质量比例1：1.05：0.05-0.1混合的植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物、异氰酸酯和植物粉；其中所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物包括如下组分：植物结构阻燃聚醚酯多元醇100份；发泡剂1-20份；稳定剂0.1-0.3份；复合阻燃剂1.5-2.5份；催化剂2-5份；无机色料1-5份，各组分以重量份计。本专利技术进一步优选地技术方案为，所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇的制备方法为：(1)制备低粘度酚醛树脂：在第一反应容器中放入苯酚升温至60-70℃；加入浓度为25-35％氢氧化钠溶液和浓度为32-42％甲醛溶液，继续升温至90-100℃，反应25-35分钟；向反应容器中加入尿素，保持75-85℃，反应25-35分钟，得到常温低粘度酚醛树脂；其中，按质量比计，苯酚：甲醛为1：1.7-2.2；(2)制备植物聚醚酯多元醇：在第二反应容器中放入聚乙二醇、甘油、乙二醇加温至105-115℃，放入植物粉搅拌8-12分钟；加入2-5％的浓硫酸，匀速升温至135-145℃，反应55-65分钟；降温至95-105℃，加入质量相当于反应物2-5％的活化剂，反应50-70分钟，加入中和剂中和PH值至6-7之间，过滤即得植物聚醚酯多元醇，其中，按质量比计，聚乙二醇：甘油：乙二醇：植物粉比例为1：0.1-0.2：0.1-0.2：0.2-0.4；(3)制备植物结构阻燃聚醚酯多元醇：在第三反应容器中放入制备好的常温的低粘度酚醛树脂，并加温至75-85℃；再向第三反应容器中加入制备好的植物聚醚酯多元醇反应25-35分钟；加入三聚氰胺反应15-25分钟，即得植物结构阻燃聚醚酯多元醇，其中，按质量比计，低粘度酚醛树脂：植物聚醚酯多元醇：三聚氰胺比例为1：1：0.3。优选地，步骤(1)制备的常温低粘度酚醛树脂的粘度为2500mPa.sat25±2℃；步骤(2)制备的植物聚醚酯多元醇的羟值380-500mgKOH/g，粘度8500mPa.sat25±2℃。优选地，步骤(2)中所述聚乙二醇为PEG400或PEG600，所述活化剂为羟基活化物，所述中和剂为氢氧化钡或碳酸氢钠。优选地，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。优选地，所述植物粉为秸秆粉或木粉。优选地，所述发泡剂为水、345fa或戊烷其中一种，所述稳定剂为硅油，所述复合阻燃剂为DMMP或DEP，所述催化剂为月桂酸或有机硒。本专利技术所述的可降解结构阻燃聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下步骤：在反应容器中，常温、常压下，按重量份预混植物结构阻燃聚醚酯多元醇、发泡剂、稳定剂、复合阻燃剂、催化剂和无机色料，得到植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物；然后将植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物、异氰酸酯、植物粉按质量比例1：1.05：0.05-0.1混合，反应升温至38-42℃；反应物固化后，得到聚氨酯泡沫。本专利技术的技术关键是利用液化方法，将废弃植物原料(稻草、棉梗等秸秆)在不同类型的聚醚多元醇中，通过醇解，水解和缩合等混合改性，液化制成可降解多元醇，使之能在溶剂中变成可溶的物质，使其可用于制备性能各异，高附加值的生物降解性聚氨酯材料。这一液化技术的优点在于整个液化过程中不能被液化的填料部分能直接被用来提高聚氨酯的性能，而无需额外的分离与提纯操作。这样不仅避免了分离提纯的能源浪费，更为重要的是实现了液化过程中的废弃物零排放。为产业化的正常运作提供了实现绿色生产的保证。然后植物多元醇与异氰酸酯反应制成可降解结构阻燃聚氨酯泡沫材料，并且在发泡过程中采用水来代替破坏臭氧层的氟利昂以及价格昂贵的环戊烷等发泡剂，实现了生产过程的真正绿色化。本专利技术在植物原料的选择上，首先对湖北省的稻草进行了研究和开发，在此基础上进一步对湖北的棉梗和红木粉进行了初步的探索研究。在对稻草研究的初始阶段中，发现稻草液化物的羟植比理论值要低，故对其进行了成分的分析，发现其杂质含量偏高，其原因不明，因此我们对湖北再次提供的稻草样品再次进行了分析，结果比第一次试验结果有些好转，但其木质素的含量有些偏高，因此导致发泡体偏软，而机械强度有了明显的提高。为了便于项目的顺利进行和推广，对植物原料的选择扩大到了湖北的棉梗，由于棉梗的纤维素含量比稻草高，而半纤维素含量较低，因此发泡体的总体强度比稻草发泡体要高一筹，但棉梗打成80目以上还是比稻草困难，另外其杂质含量相对偏高，这将导致在液化过程中要消耗更多的植物活化剂。另外由于以建筑保温用聚醚酯多元醇作为设计选型，而喷涂料对多元醇的要求是高黏度。当在喷涂以外的使用场合，特别是手工操作的情况下对黏度的要求是越低越好，因此对红木粉进行了分析，通过化学改性方法，可以有效的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫，其特征在于包括按质量比例1：1.05：0.05‑0.1混合的植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物、异氰酸酯和植物粉；其中所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物包括如下组分：植物结构阻燃聚醚酯多元醇 100份；发泡剂 1‑20份；稳定剂 0.1‑0.3份；复合阻燃剂 1.5‑2.5份；催化剂 2‑5份；无机色料 1‑5份，各组分以重量份计。

【技术特征摘要】
1.一种可降解结构阻燃聚氨酯泡沫，其特征在于包括按质量比例1：1.05：0.05-0.1混合的植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物、异氰酸酯和植物粉；其中所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇混合物包括如下组分：植物结构阻燃聚醚酯多元醇100份；发泡剂1-20份；稳定剂0.1-0.3份；复合阻燃剂1.5-2.5份；催化剂2-5份；无机色料1-5份，各组分以重量份计。2.根据权利要求1所述的可降解结构阻燃聚氨酯泡沫，其特征在于，所述植物结构阻燃聚醚酯多元醇的制备方法为：(1)制备低粘度酚醛树脂：在第一反应容器中放入苯酚升温至60-70℃；加入浓度为25-35％氢氧化钠溶液和浓度为32-42％甲醛溶液，继续升温至90-100℃，反应25-35分钟；向反应容器中加入尿素，保持75-85℃，反应25-35分钟，得到常温低粘度酚醛树脂；其中，按质量比计，苯酚：甲醛为1：1.7-2.2；(2)制备植物聚醚酯多元醇：在第二反应容器中放入聚乙二醇、甘油、乙二醇加温至105-115℃，放入植物粉搅拌8-12分钟；加入2-5％的浓硫酸，匀速升温至135-145℃，反应55-65分钟；降温至95-105℃，加入质量相当于反应物2-5％的活化剂，反应50-70分钟，加入中和剂中和PH值至6-7之间，过滤即得植物聚醚酯多元醇，其中，按质量比计，聚乙二醇：甘油：乙二醇：植物粉比例为1：0.1-0.2：0.1-0.2：0.2-0.4；(3)制备植物结构阻燃聚醚酯多元醇：在第三反应容器中放入制备好的常温的低粘度酚醛树脂，并加温至75-85℃；再向第三反应容器中加入制备好的植物聚醚酯多元醇反应2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为锋，
申请(专利权)人：南京鑫垚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32