一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，将二异氰酸酯溶于溶剂，然后加入到除水后的大分子二元醇中，并在60

【技术实现步骤摘要】
一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于弹性体材料领域，具体涉及木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯是一种由多异氰酸酯和多元醇组成的嵌段共聚物，因其具有无限的性能潜力，而广泛应用于泡沫、弹性体、涂料、粘合剂等诸多领域。聚氨酯的神奇性能源于其多样的原料、高度灵活的配方成分和广泛可调的分子结构。然而，合成聚氨酯的大多数原料来自不可再生的石油资源，寻找可替代的生物质资源合成聚氨酯已成为追求绿色聚氨酯材料的热点。很多研究学者用蓖麻油、大豆油基多元醇来取代石油基多元醇制备聚氨酯。植物油产量有限且成本相对较高，利用农作物生产生物基化学物质的研究可能会导致全球粮食危机的加剧。因此，寻找其他非食品和廉价的生物质资源来合成聚氨酯就显得尤为重要。
[0003]木质素是植物细胞壁中含量最丰富的天然芳香聚合物，占木材的18％
‑
35％。全球植物每年生产5
‑
36亿吨木质素。木质素是造纸和制浆工业的一种有价值的副产品，该工业每年产生5000多万吨木质素，但目前大多数木质素作为一种低成本燃料被工厂消耗。除了传统的造纸和纸浆工业，生物燃料工业也生产木质素作为副产品。因此，从环境和经济的角度出发，探索木质素的多用途战略利用途径，是实现可持续发展和具有竞争力的工业目标的必然选择。由于木质素含有大量的羟基(酚类和脂肪族)，研究最广泛的策略之一是将木质素中的羟基被用作反应位点。然而，木质素的结构和功能因其来源和加工条件而波动，这反过来又在很大程度上影响最终聚氨酯的性能。此外，这些结构和功能的变化可能导致不同的最终产品，这是不可接受的目前的商业聚合物，需要高纯度的原材料，具有显著的和可重复的反应活性。将木质素作为非共价填料加入聚氨酯基质中可能是一种更有效和经济可行的方法。不幸的是，木质素中大量的芳香族和脂肪族羟基使其高度极性，不溶于非极性聚氨酯中。因此，针对这一问题，本专利技术在木质素上引入大量的单异氰酸酯脂肪族链段来改性木质素，使其极性降低，经过改性后的木质素在聚氨酯弹性体中具有良好的分散性，从而提高了木质素在聚氨酯中的使用量。

技术实现思路

[0004]针对现有木质素材料在聚氨酯中分散不均的不足，本专利技术的目的在于提供一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，使得木质素在聚氨酯材料中分散性良好；同时本专利技术还提供其制备方法，简单易操作，成本低，科学合理。
[0005]本专利技术的目的之二是提供一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，为了提高聚氨酯弹性体的断裂强度和伸长率。将木质素引入到聚氨酯中，木质素在聚氨酯基体中形成微相分离结构，同时木质素与聚氨酯链段之间形成界面动态氢键作用，这些因素可促使聚氨酯链段在拉伸过程中更易发生取向结晶，从而大幅度提高材料的强度；
[0006]本专利技术的上述目的通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，按质量份数计，包括以下原料：
[0008][0009]进一步的，所述大分子二元醇为聚碳酸酯二元醇；大分子二元醇的数均分子量为500
‑
2000。
[0010]进一步的，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，异氟尔酮二异氰酸酯，二环己基甲烷二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯中的一种或者二种以上任意比例混合。
[0011]进一步的，改性木质素通过以下过程制得：
[0012]a)将木质素材料加入到溶剂中，然后超声分散，得到木质素分散液；
[0013]b)通氮气下，将脂肪族单异氰酸酯溶于溶剂中，然后加入到木质素分散液中，得到溶液B；
[0014]c)将催化剂加入到溶液B中，然后在60
‑
85℃下反应3
‑
8h；然后离心、洗涤，干燥，得到改性木质素。
[0015]进一步的，步骤a)中的溶剂为四氢呋喃；木质素材料与溶剂的用量比为0.1～1g：3～30mL；
[0016]步骤b)中溶剂为四氢呋喃，脂肪族单异氰酸酯为甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯，脂肪族单异氰酸酯与溶剂的用量比为0.1～1g：0.3～3mL；
[0017]步骤c)中的催化剂的用量为木质素、脂肪族单异氰酸酯的总质量的0.5％；催化剂为有机铋类催化剂、有机锡类催化剂或钛酸酯类催化剂。
[0018]一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]1)按质量份数计，称取大分子二元醇58
‑
73份，二异氰酸酯11
‑
17份，木质素或改性木质素0.04
‑
2.5份，扩链剂4
‑
7份以及催化剂0.1
‑
0.5份；
[0020]将木质素或改性木质素加入到溶剂中，然后超声分散，得到木质素分散液；
[0021]2)通氮气下将二异氰酸酯溶于溶剂，然后加入到除水后的大分子二元醇中，并在60
‑
100℃下反应1
‑
2h，得到混合溶液A；
[0022]3)向混合溶液A加入催化剂，在60～85℃下反应1
‑
2h，然后加入扩链剂后反应4～8h，得到混合溶液B；
[0023]将步骤1)得到的木质素分散液加入到混合溶液B中，搅拌均匀，得到木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料。
[0024]进一步的，所述大分子二元醇为聚碳酸酯二元醇；大分子二元醇的数均分子量为500
‑
2000；
[0025]所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷
二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯中的一种或者二种以上任意比例混合。
[0026]进一步的，改性木质素通过以下过程制得：
[0027]a)将木质素材料加入到溶剂中，然后超声分散，得到木质素分散液，定为溶液A，其中，未改性木质素材料与溶剂的比例为0.1～1g：3～30mL；
[0028]b)通氮气下，将脂肪族单异氰酸酯溶于溶剂中，然后加入到溶液A中，得到溶液B；
[0029]c)将催化剂加入到溶液B中，然后在60
‑
85℃下反应3
‑
8h；然后离心、洗涤，干燥，得到改性木质素。
[0030]进一步的，步骤a)中的溶剂为四氢呋喃；未改性木质素材料与溶剂的用量比为0.1～1g：3～30mL；
[0031]步骤b)中溶剂为四氢呋喃，脂肪族单异氰酸酯为甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯，脂肪族单异氰酸酯与溶剂的用量比为0.1～1g：0.3～3mL；
[0032]步骤c)中的催化剂的用量为木质素与脂肪族单异氰酸酯的总质量的0.5％；催化剂为有机铋类催化剂、有机锡类催化剂或钛酸酯类催化剂。
[0033]进一步的，步骤1)中的溶剂为四氢呋喃；木质素或改性木质素与溶剂的比例为0.1～1g：3～30mL；
[0034]步骤2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：2.根据权利要求1所述的一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述大分子二元醇为聚碳酸酯二元醇；大分子二元醇的数均分子量为500
‑
2000。3.根据权利要求1所述的一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，异氟尔酮二异氰酸酯，二环己基甲烷二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯中的一种或者二种以上任意比例混合。4.根据权利要求1所述的一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于，改性木质素通过以下过程制得：a)将木质素材料加入到溶剂中，然后超声分散，得到木质素分散液；b)通氮气下，将脂肪族单异氰酸酯溶于溶剂中，然后加入到木质素分散液中，得到溶液B；c)将催化剂加入到溶液B中，然后在60
‑
85℃下反应3
‑
8h；然后离心、洗涤，干燥，得到改性木质素。5.根据权利要求4所述的一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于，步骤a)中的溶剂为四氢呋喃；木质素材料与溶剂的用量比为0.1～1g：3～30mL；步骤b)中溶剂为四氢呋喃，脂肪族单异氰酸酯为甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯，脂肪族单异氰酸酯与溶剂的用量比为0.1～1g：0.3～3mL；步骤c)中的催化剂的用量为木质素、脂肪族单异氰酸酯的总质量的0.5％；催化剂为有机铋类催化剂、有机锡类催化剂或钛酸酯类催化剂。6.一种木质素基热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按质量份数计，称取大分子二元醇58
‑
73份，二异氰酸酯11
‑
17份，木质素或改性木质素0.04
‑
2.5份，扩链剂4
‑
7份以及催化剂0.1
‑
0.5份；将木质素或改性木质素加入到溶剂中，然后超声分散，得到木质素分散液；2)通氮气下将二异氰酸酯溶于溶剂，然后加入到除水后的大分子二元醇中，并在60
‑
100℃下反应1
‑
2h，得到混合溶液A；3)向混合溶液A加入催化剂，在60～85℃下反...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育红，胡帅帅，强军锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：