本发明专利技术公开了一种木质素改性物及其制备方法，该方法包括：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应。本发明专利技术还公开了所述木质素改性物在生物质基聚氨酯泡沫的制备中的应用。采用根据本发明专利技术的方法制备的木质素改性物制得的生物质基聚氨酯泡沫具有优良的机械性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种木质素改性物的制备方法，由该方法制备的木质素改性物，以及该木质素改性物在生物质基聚氨酯泡沫的制备中的应用。
技术介绍
随着人们对环境危机和资源危机的认识不断深刻，木质素、淀粉等天然高分子新材料的开发日益受到重视。木质素与淀粉属于天然高分子化合物，是储量巨大而且可再生的有机资源，广泛存在于植物体内。聚氨酯由于其价格低廉、性能优越，已成为现代高分子工业发展最快的品种之一。由于木质素、淀粉具有羟基等多种官能团，经过开发后可以替代石油基化学品(如石油基多元醇)，成为有机化合物的重要来源，用于合成聚氨酯等高分子材料。为了将木质素应用于聚氨酯等高分子材料的制备过程中，本领域技术人员曾试图对秸秆木质素进行提取和改性。例如，CN 101280049A中公开了以麦秆为原料制备聚氨酯泡沫材料的方法，该方法涉及对秸秆木质素的提取和改性，具体的过程包括(1)麦秆经破碎筛分成45-100目的纤维，在105°C下干燥至恒重得到纤维用微波-乙醇法处理纤维 A，即以40-60% (乙醇与水的体积比)的乙醇水溶液作为提取剂，乙醇水溶液与纤维A的液固比为10 1(质量比)，在微波炉中连续加热回流10-30分钟，过滤、干燥得到纤维B;将60-90%的聚乙二醇和10-40%的乙二醇混合配成液化试剂；(4)将纤维B、所述液化试剂和硫酸催化剂混合，并在150-180°C下连续搅拌加热1小时。然而，根据该专利申请的方法进行提取和改性而获得的木质素具有较低的反应活性，因此，在制备聚氨酯的过程中， 如此获得的木质素的羟基不能与异氰酸酯发生充分的聚合反应，而大部分的木质素成分只能以填料的形式存在于最终制备的聚氨酯中。因此，一方面无法实现用木质素成分替代石油基多元醇的目的，另一方面木质素成分不能在聚氨酯中起到大分子多官能度交联核的作用，造成木质素成分与聚氨酯的结合性能较差。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是为了克服现有的秸秆木质素的提取和改性方法的上述缺陷，提供一种新的生物质改性物的制备方法。本专利技术的第二个目的是提供由所述方法制备的木质素改性物。本专利技术的第三个目的是提供所述木质素改性物在生物质基聚氨酯泡沫的制备中的应用。本专利技术提供了一种木质素改性物的制备方法，其中，该方法包括在100_135°C 下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应。本专利技术还提供了由上述方法制备的木质素改性物。本专利技术还提供了所述木质素改性物在生物质基聚氨酯泡沫的制备中的应用。根据本专利技术提供的所述方法制备的木质素改性物具有较高的反应活性，使得该木质素改性物能够代替石油基多元醇参加聚氨酯的聚合反应，实现生物质成分对石油基反应物的替代。而且，由所述方法制备的木质素改性物适合用于制备生物质基聚氨酯泡沫。具体实施例方式根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种木质素改性物的制备方法，该方法包括在100-135°C下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂进行第一接触反应1-4小时，然后加入淀粉进行第二接触反应。根据本专利技术提供的所述方法，所述第一接触反应是为了对所述秸秆木质素进行改性，以提高其反应活性。所述第一接触反应的反应条件优选包括反应温度为120-135°C， 反应时间为1-2小时。根据本专利技术提供的所述方法，所述第二接触反应是为了控制秸秆木质素的缩合副反应，使得最终获得的木质素改性物具有较高的反应活性。所述第二接触反应的条件可以包括反应温度为60-100°C，优选为80-90°C ；反应时间为0. 5-1小时，优选为0. 5-0. 8小时。在本专利技术中，如果将秸秆木质素材料、多元醇、酸性催化剂和淀粉直接混合并进行第一接触反应，则淀粉会消耗改性剂和催化剂，从而大大降低了木质素的改性效果，从而难以达到提高木质素改性物的反应活性的目的。根据本专利技术提供的所述方法，相对于100重量份的秸秆木质素材料，所述多元醇的加入量可以为90-200重量份，优选为120-160重量份；所述酸性催化剂的加入量可以为 0. 1-3重量份，优选为0. 5-2重量份；淀粉的加入量可以为60-200重量份，优选为100-150重量份。在本专利技术中，所述秸秆木质素材料可以为各种常规植物的秸秆，例如可以为禾本科植物的秸秆，优选为小麦秸秆和/或玉米秸秆。所述秸秆木质素材料的颗粒尺寸没有特别的限定，优选情况下，所述秸秆木质素材料的颗粒尺寸为10-200目。在本专利技术中，所述多元醇可以为各种常规的多元醇，可以为大分子多元醇，也可以为小分子多元醇，只要一个分子中同时含有至少2个羟基即可。优选情况下，所述多元醇为乙二醇、聚乙二醇和甘油中的一种或多种，所述聚乙二醇的重均分子量可以为200-5000，优选为400-1000 ；更优选的情况下，所述多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物，在这种优选情况下，甘油与聚乙二醇共同作用可以抑制木质素的缩合反应，从而能够进一步提高最终获得的木质素改性物的反应活性。根据本专利技术提供的所述方法，当所述多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物时，聚乙二醇与甘油的混合重量比例优选为1-15 1，更优选为1.5-10 1。进一步优选情况下， 相对于100重量份的秸秆木质素材料，所述聚乙二醇的加入量优选为80-150重量份，所述甘油的加入量优选为10-50重量份。在本专利技术中，所述酸性催化剂可以为磷酸、盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、苯磺酸和苯甲酸中的一种或多种，最优选为硫酸。在本专利技术中，所述淀粉可以为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉和甘薯淀粉中的一种或多种。所述淀粉的颗粒尺寸优选为10-200目。 根据本专利技术的第二个方面，本专利技术还提供了由上述方法制备的木质素改性物。根据本专利技术的第三个方面，本专利技术还提供了所述木质素改性物在生物质基聚氨酯泡沫的制备中的应用。在本专利技术中，采用本专利技术提供的所述方法制备的木质素改性物制备生物质基聚氨酯泡沫的方法可以包括将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均勻混合，然后按异氰酸酯指数为1-1. 4加入异氰酸酯进行接触反应，并对该接触反应得到的产物进行固化。在该方法中，所述接触反应的反应条件可以包括反应温度为15-30°C，优选为 15-200C ；反应时间为0. 5-5min，优选为Hmiru所述固化的条件可以包括固化的温度为 60-120°C，优选为60-80°C ；固化的时间为2- 小时，优选为2_10小时。所述固化可以采用常规的固化方法实施，例如烘箱干燥固化。所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂的加入量各自都可以在较大的范围内变动。优选情况下，相对于100重量份的所述木质素改性物，所述聚醚多元醇的加入量为50-300重量份，所述胺类催化剂的加入量为1-10重量份，所述发泡剂的加入量为10-100重量份。当所述木质素、聚醚多元醇、胺类催化剂和发泡剂均在上述数值范围内加入时，最终制备的生物质基聚氨酯泡沫具有较好的机械性能。进一步优选情况下，相对于 100重量份的所述木质素改性物，所述聚醚多元醇的加入量为100-200重量份，所述胺类催化剂的加入量为1. 5-8重量份，所述发泡剂的加入量为20-50重量份。所述聚醚多元醇可以为市售的各种常规的聚醚多元醇，其重均分子量可以为200-5000，优选为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦特夫，储富祥，韩雁明，李改云，李燕，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：
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