CN103626948A - 一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料 - Google Patents

一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料 Download PDF

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Abstract

一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料，该材料是采用粉碎筛分过的甜菜渣经碳酸乙烯酯和乙二醇的混合试剂液化处理后得到液化产物，再与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)聚合成聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。本发明利用可再生资源，降低了液化成本；利用微波加热，加热速度快；由于加入了生物质成分具有较好的降解性。合成聚氨酯硬质泡沫材料密度在50-120kg/m3可调，压缩强度达到100-300kPa，导热系数小于等于0.070w/(m℃)，产品具有广阔的应用前景，并有显著的环境和社会效益。

Description

一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料
技术领域
本发明涉及以一种植物多元醇合成的聚氨酯硬质泡沫材料，属于高分子材料领域。
背景技术
在各类聚氨酯制品中，聚氨酯泡沫是最重要的一部分，它的主要特征是多孔性，因而相对密度小，比强度高。聚氨酯泡沫具有优良的物理机械性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，其密度大小及软硬程度均可以随着原料和配方的不同而改变。可以直接从单体原料一次加工成聚合物泡沫塑料，省去了聚合、分离、精制、挤出成粒等中间工序。聚氨酯合成时可以通过改变多元醇和异氰酸酯的化学结构、规格、品种等调节配方组合，制出各种性能和用途的终端制品，如导电、导磁、耐高温、耐磨、阻燃、高回弹、高密度、低密度、高吸水泡沫等材料，应用范围十分广泛，特别适合家具、床具、运输、冷藏、建筑等使用，已经成为不可缺少的材料之一。
以廉价易得的生物质这种可再生能源为原料，通过一定的技术条件液化后，得到含有羟基的液态物质，将其替代石化产品得到的聚醚或聚酯多元醇，合成具有各种性能的聚氨酯泡沫材料成为当前聚氨酯工业研究的热点之一。植物多元醇具有液化压力为常压、反应温度较低、反应速度快、经简单处理后即可用作合成聚氨酯泡沫等优点。但液化催化剂浓硫酸浓度较高腐蚀设备及污染环境；液化时间较长；未经处理的液化多元醇直接合成聚氨酯泡沫的性能差等问题。因此寻找廉价的液化剂、低浓度的液化催化剂、简单的处理方式以降低液化成本，提高聚氨酯泡沫性能是生物质基聚氨酯泡沫工艺迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低液化成本，合成性能良好的植物多元醇聚氨酯泡沫材料。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料，该材料是以榨出甜菜汁剩余的甜菜渣为原料，按以下步骤制备的：
1)将甜菜渣粉碎筛分取20-80目；
2)将100～160重量份的乙二醇/碳酸乙烯酯按1/11-9/1的比例配制的液化溶剂加入反应器，并加入液化催化剂，随后加入20重量份步骤1)制备的粉碎的甜菜渣，微波加热至130℃-150℃，反应40-60min，反应结束后立即用冷水冷却，得到液化产物；
3)取100重量份步骤2)获得的液化产物、0.05-0.15重量份的发泡剂、0.4-0.6重量份二月桂酸二丁基锡、0.4-0.6重量份三乙醇胺、0.45-0.8重量份硅油加入纸杯中，在1100-1300r/min转速下搅拌50-70s，再加入100重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，以1100-1300r/min转速搅拌至混合物出现乳白色，倒入不锈钢模具中，在室温下发泡10-360s，待发泡结束放置50-60℃下熟化4-6h，制得聚氨酯硬质泡沫材料。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述步骤2)中液化催化剂为4.5-5.4重量份浓度为98％的浓硫酸。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述步骤3)中发泡剂是水。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述材料是按以下步骤制备的：
将90重量份碳酸乙烯酯、30重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应50min，取出后立即用冷水冷却；
取100重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.05重量份的水、0.5重量份二月桂酸二丁基锡、0.48重量份三乙醇胺以及0.51重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，在1200r/min转速下搅拌30s后迅速倒入模具中，自然发泡6min，脱模，放置50℃下熟化4h。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述材料是按以下步骤制备的：
将100重量份碳酸乙烯酯、20重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.08重量份的水、0.52重量份二月桂酸二丁基锡、0.52重量份三乙醇胺以及0.48重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌20s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置50℃下熟化3h。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述材料是按以下步骤制备的：
将12重量份碳酸乙烯酯、108重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.06重量份的水、0.54重量份二月桂酸二丁基锡、0.48重量份三乙醇胺以及0.53重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌60s后迅速倒入模具中，自然发泡5min，脱模，放置55℃下熟化3h。
如上所述的聚氨酯泡沫材料，优选地，所述材料是按以下步骤制备的：
将110重量份碳酸乙烯酯、10重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应40min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.1重量份的水、0.46重量份二月桂酸二丁基锡、0.52重量份三乙醇胺以及0.50重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌70s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置60℃下熟化2h。
本发明与现有合成聚氨酯泡沫相比具有如下的优点和效果：
1)本发明具有较为明显的成本优势。甜菜渣廉价易得，制成的聚氨酯产品是生物质基高分子聚合物，易于降解，是可再生资源。另外，本发明微波液化时间较短，合成聚氨酯泡沫时催化剂用量少。因此，可降低生产成本。
2)依照本发明方法合成的聚氨酯产物，其外观整洁、压缩强度高、密度小、导热系数低、生物质材料降解性能优良。实验结果表明，该聚氨酯泡沫密度在50-120kg/m3可调，压缩强度达到100-300kPa，导热系数小于等于0.070w/(m℃)。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将90克碳酸乙烯酯、30克乙二醇以及5.4克浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20克20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应50min，取出后立即用冷水冷却。
取100克处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.05克的水、0.5克二月桂酸二丁基锡、0.48克三乙醇胺以及0.51克硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100克的MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)，在1200r/min转速下搅拌30s后迅速倒入模具中，自然发泡6min，脱模，放置50℃下熟化4h。
制得的聚氨酯泡沫密度为55kg/m3，压缩强度150.2kPa，导热系数0.0550W/(m℃)。
实施例2
将100克碳酸乙烯酯、20克乙二醇以及5.4克浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20克20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却。
取出100克上述液化产物，同时加入0.08克的水、0.52克二月桂酸二丁基锡、0.52克三乙醇胺以及0.48克硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100克的MDI，在1200r/min转速下搅拌20s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置50℃下熟化3h。
制得的聚氨酯泡沫密度为70kg/m3，压缩强度200.20kPa，导热系数0.0632W/(m℃)。
实施例3
将12克碳酸乙烯酯、108克乙二醇以及5.4克浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20克20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却。
取出100克上述液化产物，同时加入0.06克的水、0.54克二月桂酸二丁基锡、0.48克三乙醇胺以及0.53克硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100克的MDI，在1200r/min转速下搅拌60s后迅速倒入模具中，自然发泡5min，脱模，放置55℃下熟化3h。
制得的聚氨酯硬质泡沫密度为85kg/m3，压缩强度255.23kPa，导热系数0.0320W/(m℃)。
实施例4
将110克碳酸乙烯酯、10克乙二醇以及5.4克浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20克20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应40min，取出后立即用冷水冷却。
取出100克上述液化产物，同时加入0.1克的水、0.46克二月桂酸二丁基锡、0.52克三乙醇胺以及0.50克硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100克的MDI，在1200r/min转速下搅拌70s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置60℃下熟化2h。
制得的聚氨酯硬质泡沫密度为115.70kg/m3，压缩强度290.45kPa，导热系数0.0523W/(m℃)。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种利用植物多元醇合成的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，该材料是以榨出甜菜汁剩余的甜菜渣为原料，按以下步骤制备的：
1)将甜菜渣粉碎筛分取20-80目；
2)将100～160重量份的乙二醇/碳酸乙烯酯按1/11-9/1的比例配制的液化溶剂加入反应器，并加入液化催化剂，随后加入20重量份步骤1)制备的粉碎的甜菜渣，微波加热至130℃-150℃，反应40-60min，反应结束后立即用冷水冷却，得到液化产物；
3)取100重量份步骤2)获得的液化产物、0.05-0.15重量份的发泡剂、0.4-0.6重量份二月桂酸二丁基锡、0.4-0.6重量份三乙醇胺、0.45-0.8重量份硅油加入纸杯中，在1100-1300r/min转速下搅拌50-70s，再加入100重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，以1100-1300r/min转速搅拌至混合物出现乳白色，倒入不锈钢模具中，在室温下发泡10-360s，待发泡结束放置50-60℃下熟化4-6h，制得聚氨酯硬质泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述步骤2)中液化催化剂为4.5-5.4重量份浓度为98％的浓硫酸。
3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述步骤3)中发泡剂是水。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述材料是按以下步骤制备的：
将90重量份碳酸乙烯酯、30重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应50min，取出后立即用冷水冷却；
取100重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.05重量份的水、0.5重量份二月桂酸二丁基锡、0.48重量份三乙醇胺以及0.51重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，在1200r/min转速下搅拌30s后迅速倒入模具中，自然发泡6min，脱模，放置50℃下熟化4h。
5.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述材料是按以下步骤制备的：
将100重量份碳酸乙烯酯、20重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.08重量份的水、0.52重量份二月桂酸二丁基锡、0.52重量份三乙醇胺以及0.48重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌20s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置50℃下熟化3h。
6.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述材料是按以下步骤制备的：
将12重量份碳酸乙烯酯、108重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至140℃，反应60min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.06重量份的水、0.54重量份二月桂酸二丁基锡、0.48重量份三乙醇胺以及0.53重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌60s后迅速倒入模具中，自然发泡5min，脱模，放置55℃下熟化3h。
7.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述材料是按以下步骤制备的：
将110重量份碳酸乙烯酯、10重量份乙二醇以及5.4重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，加入20重量份20-80目甜菜渣，微波升温至150℃，反应40min，取出后立即用冷水冷却；
取出100重量份上述液化产物，同时加入0.1重量份的水、0.46重量份二月桂酸二丁基锡、0.52重量份三乙醇胺以及0.50重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入100重量份的MDI，在1200r/min转速下搅拌70s后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置60℃下熟化2h。
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