CN105916915A - 木质素多元醇形式的组合物、其生产方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含木质素多元醇的组合物、所述组合物的制造方法以及所述组合物在不同应用领域中的用途，例如在粘合剂、粘结剂、铸造物、发泡体(例如为用于绝热和建筑应用的刚性的聚氨酯和聚异氰脲酸酯发泡体，半刚性、柔性、经模塑、经层压、微孔状及粘弹性的聚氨酯发泡体)、填料、胶粘物、密封剂、弹性体和橡胶中的用途。本发明还涉及发泡体的制造方法以及该发泡体的用途。

Description

木质素多元醇形式的组合物、其生产方法及其用途
技术领域
本发明涉及包含木质素多元醇的组合物、所述组合物的制造方法以及所述组合物在不同应用领域中的用途，例如在粘合剂、粘结剂、铸造物、发泡体(例如为用于绝热和建筑应用的刚性的聚氨酯和聚异氰脲酸酯发泡体，半刚性、柔性、经模塑、经层压、微孔状及粘弹性的聚氨酯发泡体)、填料、胶粘物、密封剂、弹性体和橡胶中的用途。
本发明还涉及发泡体的制造方法以及该发泡体的用途。
背景技术
多年来，对于在许多应用中利用木质素的兴趣已得到稳定的增长，其中，主要的驱动力是寻找对于基于矿物油的制品的可持续的替代。其中能够对木质素的固有性质(即，交联网络的存在)进行最有效控制(harness)的领域是利用木质素来对许多聚合物型材料例如基于氨基甲酸酯的网络和聚合物进行增强。
在DE19,548,350、DE19,648,724、US4,918,167、US3,546,199、US3,654,194、WO2013,113,462以及Glasser及合作者[1-8]及更近期的Cateto等[9-10]、Gandini等[11]、Nadji等[12]、Li等[13]、Xue等[14]和Arshanitsa等[15、16]的一组出版物中，已经尝试了木质素的烷氧基化。然而，到目前为止，这些方法遇到了一些严重的缺点：
1)所有的科技出版物以及所有的相关专利均报道了环氧丙烷在所施加的反应条件[WO2013,113,462]下的显著的均聚程度。结果，针对多元醇合成的工艺控制程度发生了严重降低，而且，配方的自由度(formulation latitude)或多或少地受到损失，因为难以评估形成了多少均聚物。
2)在所报道的反应条件下，总是存在木质素大分子结构的自缩合，在所得到的多元醇中留下了不可溶的部分[WO 2013,113,462]。在多元醇制造工艺中，这要求额外的过滤步骤。
US2013,255,216要求保护这样的改性木质素，其包含由环氧丙烷掩蔽的酚基。但是，该要求保护的组合物是在含水条件下生产的，这严重地限制了在聚合物(尤其是那些包含与水反应的单体种类(例如氨基甲酸酯)的聚合物)生产中的应用。
总之，前述出版物和专利均未描述令人满意的木质素多元醇生产技术。
此外，在WO2013179251中公开了包含木质素的分散体。
因此，需要用于生产这样的木质素多元醇的方法，所述木质素多元醇是液态的、气味中性的、不存在均聚物和/或沉淀物(它们需要不期望的额外工艺步骤(例如过滤、萃取等))。
发明内容
根据第一方面，通过提供以下的分散体形式的组合物，本发明解决了一个或多个前述问题，所述组合物包含一种或多种分散剂、以及经烷氧基化的木质素，优选碱木质素，其中，所述分散剂具有约18～约30MPa1/2的溶解度参数，分散剂或分散剂混合物的平均官能度为2～6个异氰酸酯反应性基团/分子，且所述分散剂或分散剂混合物在室温下的粘度低于5000MPa·s。
根据第二方面，本发明还提供了用于制造根据第一方面的组合物的方法，包括以下步骤：
i)将木质素分散在一种或多种分散剂中，
ii)加入催化剂，
iii)除去过量的水，
iv)在20～80℃、更优选30～60℃且最优选40～50℃的温度下加入烷氧基化物，
v)使用酸中和所述催化剂，以及
vi)任选地，使用硅酸盐化合物例如硅酸镁对多元醇进行过滤，从而除去痕量的经中和的催化剂。
根据第三方面，本发明还提供了通过根据第二方面的方法获得的分散体形式的组合物。
根据第四方面，本发明还提供了根据第一或第三方面中任一者的组合物的用途，用于制造发泡体、橡胶、粘合剂、反应性填料或者用于用作填充剂。
根据第五方面，本发明还提供了发泡体的制造方法，包括以下步骤：
a)提供根据第一或第三方面中任一者的组合物，
b)加入一种或多种添加剂，例如催化剂、表面活性剂和/或阻燃剂，
c)任选地，加入额外的多元醇和/或水，
d)向所述组合物中加入一种或多种发泡剂，
e)通过搅拌、高剪切混合或碰撞混合，使步骤d)中所获得的组合物与异氰酸酯例如聚合物型MDI或异氰酸酯预聚物混合，以及
f)将所述步骤的经混合的组合物输送至模具或传送带中，从而连续或不连续地提供发泡体。
根据第六方面，本发明还提供了通过根据第五方面的方法获得的发泡体。
根据第七方面，本发明还提供了根据第六方面的发泡体的用途，用于：绝热和建筑应用；半刚性、柔性、经模塑、经层压、微孔状及粘弹性的聚氨酯发泡体；填料；胶粘物；密封剂；弹性体；以及橡胶。
前面所述的组合物和方法产生了不存在沉淀物和/或均聚烷氧基化物的液态木质素多元醇，当与一种或多种适当的异氰酸酯和/或含异氰酸酯的部分例如异氰酸酯预聚物反应时，其产生优异的热固性产物。
具体实施方式
在本说明书中，表述“木质素”旨在涵盖可用于制造分散体的任何木质素。优选地，所述木质素为碱木质素。其可例如为Kraft木质素。所述木质素可优选通过采用WO2006031175(EP1794363)中所公开的工艺获得。
在本说明书中，表述“异氰酸酯”旨在涵盖适合用于前述应用例如发泡应用中的任何具有至少两个游离异氰酸酯基团的有机多异氰酸酯化合物。适合的多异氰酸酯非限制性地包括甲苯-2,4-二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基-1,6-二异氰酸酯、六亚甲基-1,6-二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯、三苯基甲烷-4,4',4"-三异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、间-亚苯基二异氰酸酯、对-亚苯基二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、萘-1，4-二异氰酸酯、二亚苯基-4,4'-二异氰酸酯、1,4-亚环己基二亚甲基二异氰酸酯、二甲苯-1,4-二异氰酸酯、二甲苯-1,3-二异氰酸酯、环己基-1,4-二异氰酸酯、4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)、3,3'二甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、间-四甲基二甲苯二异氰酸酯、通过使三羟甲基丙烷与2,4-甲苯二异氰酸酯以1:3的比例反应而获得的产物、六亚甲基-1,6-二异氰酸酯的缩二脲加合物和异氰脲酸酯等。优选的异氰酸酯为经亚甲基桥接的多酚多异氰酸酯以及其与粗制二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。
在本说明书中，术语溶解度参数旨在指代在有机、物理和聚合物化学领域中用于描述有机化合物在其它有机化合物或溶剂中的溶解度的性质，其由δ表示。由本领域中所公布的对于分子结构的片断贡献来计算δ。[参见，例如，Handbook of Solubility Parameters and other Cohesion Parameters,Barten,A.,CRC Press,Florida(1984)以及Properties of Polymers:their Estimation andCorrelation with Chemical Structure,van Krevelen,D.W.；Hoftijzer,P.J.,Elsevier,Amsterdam第二版(1976)]。此外，在前述文献中解释了由液体混合物中的各成分液体的已知溶解度参数值计算该液体混合物的平均溶解度参数值的方法。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述分散体形式的组合物包含一种或多种分散剂、以及经烷氧基化的木质素，优选碱木质素，其中，所述木质素在分散于权利要求1的分散剂中时具有约100nm～约2000nm、优选约100～约1000nm、最优选约200～约600nm的平均粒径。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，权利要求1的组合物具有木质素多元醇的形式。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述经烷氧基化的木质素通过对所述木质素进行选择性烷氧基化而产生，所述木质素以干重计优选0.000001～80％、更优选10～60％且最优选20～40％的浓度分散在所述分散剂和或所述分散剂的混合物中，其中，优选地，超过90％的烷氧基化物已经与所述木质素中的可用酚式羟基基团反应。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述木质素是Kraft木质素。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述分散剂是多元醇和或多元醇的混合物。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述多元醇是二甘醇、四甘醇、丙氧基化甘油、乙氧基化季戊四醇、二乙二醇(diethlene glycol)、PEG400、或者它们的混合物。
根据本发明的第一方面的优选实施方式，所述组合物还包含一种或多种阻燃试剂，优选TCPP或DEEP或者这两者的组合。
根据本发明的第二方面的优选实施方式，所述催化剂是：碱金属氢氧化物，例如氢氧化钾、氢氧化钠；或者碱土金属氢氧化物，例如氢氧化镁、氢氧化钡和氢氧化钙；或者叔胺，例如三甲基胺。
根据本发明的第二方面的优选实施方式，所述烷氧基化物是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、或者2,3-环氧-1-丙醇。
根据本发明的第二方面的优选实施方式，所述温度是在20～80℃、更优选30～60℃且最优选40～50℃的范围内。
根据本发明的第二方面的优选实施方式，还加入一种或多种阻燃试剂，优选三(1-氯-2-丙基)磷酸酯(TCPP)、或乙基膦酸二乙酯(DEEP)、或者这两者的组合。
根据本发明的第五方面的优选实施方式，所述一种或多种添加剂可选自：一种或多种表面活性剂，优选一种或多种聚二甲基硅氧烷共聚物；一种或多种聚氨酯催化剂，优选一种或多种叔胺或一种或多种三元胺；一种或多种三聚催化剂；一种或多种阻燃试剂；或者它们的组合。
根据本发明的第五方面的优选实施方式，所述一种或多种发泡剂是：一种或多种烃化合物，优选选自异戊烷、正戊烷和环戊烷；氢氟烃；甲缩醛和/或甲酸甲酯；或者它们的组合；
根据本发明的第五方面的优选实施方式，在加入所述一种或多种发泡剂之前，加入一种或多种含羟基的化合物和/或一种或多种催化剂，优选地，加入一种或多种聚酯多元醇和/或一种或多种聚醚多元醇，并且，加入三聚催化剂作为催化剂。
所述组合物还可具有60％(按重量计)的最大木质素含量，而所述分散剂多元醇I可具有2～6个异氰酸酯反应性基团/分子的官能度，经计算得到的溶解度参数为18～30MPa1/2且粘度在室温下低于5000MPa·s。该生产工艺中所用的典型的烷氧基化物的非穷举性列表包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷和2,3-环氧-1-丙醇。
该木质素多元醇生产工艺进一步由以下定义：反应温度，其可为40～100℃；以及聚烷氧基化物-二醇内容物(含量，content)(在下文中称为均聚物)和/或分散的多元醇的末端羟基封端，其可低于50％(按重量计)、更优选低于20％(按重量计)且最优选低于10％(按重量计)。
本发明的每个方面的优选特征是对其它方面的各优选特征加以必要的变更。本文所提及的现有技术文献以法律允许的最完全的程度纳入。结合附图，在下面的实施例中进一步描述本发明，这不以任何方式限制本发明的范围。如借助于其唯一目的在于说明本发明且决不用于限定本发明范围的各实施方式的实施例所更详细地叙述的那样，描述了本发明的实施方式。
附图说明
图1示出了来自实施例1的纯PEG400分散剂的13C-NMR谱图。
图2示出了在实施例1中的多元醇合成后的经分离出的PEG400分散剂的13C-NMR谱图。
图3示出了纯的二甘醇分散剂(a)和实施例2中使用的经分离出的二甘醇分散剂(b)的1H-NMR谱图。
图4示出了纯的二甘醇分散剂(a)和来自实施例2中所述的多元醇合成的经分离出的二甘醇分散剂(b)的1H-NMR谱图。
图5示出了来自实施例3中所述的多元醇合成的经分离出的四甘醇的1H-NMR谱图。
图6示出了在实施例6中所述的多元醇合成后的经分离出的PEG400分散剂的13C-NMR谱图。
图7示出了在实施例7中所述的多元醇合成后的经分离出的PEG400分散剂的13C-NMR谱图。
图8示出了纯的丙三醇丙氧基化物分散剂(a)和来自实施例8中所述的多元醇合成的经分离出的丙三醇丙氧基化物分散剂(b)的13C-NMR谱图。
图9示出了从在KOH的存在下的缩水甘油反应分离出的缩水甘油均聚物的13C-NMR谱图。
图10示出了来自实施例10中所述的多元醇合成的经分离出的PEG400多元醇分散剂的13C-NMR谱图。
实施例
实施例1
将28.5份Kraft木质素分散在80份PEG400(Mn为400Da的聚乙二醇，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40～50℃。向该分散体中连续地加入19份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
通过如下所述的那样对经烷氧基化的木质素和分散剂进行分离来进一步表征木质素多元醇：
1.使经烷氧基化的木质素发生沉淀(通过加入2M的HCl和去离子水)，随后，过滤得到由经烷氧基化的木质素组成的固体渗余物以及由分散剂和去离子水组成的液体滤出液。
2.对所述滤出液进行冷冻干燥以除去过量的水。
3.使用去离子水洗涤所分离出的经烷氧基化的木质素，直至洗液的pH值稳定。随后，对其进行冷冻干燥以除去所有过量的水。将所分离出的分散剂溶解在CDCl3或DMSO-d6中(取决于溶解度)并在室温下在Bruker Avance400MHz频谱仪上进行分析。采用具有30°脉冲角度、6秒延迟和2000次扫描的反转门控去耦脉冲序列来采集13C-NMR和1H-NMR的定量谱图。使用具有90°脉冲角度、6秒延迟和256次扫描的反转门控去耦脉冲序列来获得31P-NMR谱图。
使用13C-NMR谱图(图2)进行分散剂的环氧丙烷封端和/或均聚物形成的程度的定量化。通过设定在70～14ppm处的骨架碳的积分面积(假定在PEG400骨架中有7个重复的亚甲基单元)，获得了在18ppm处的基团峰的积分面积。该峰区别于环氧丙烷的甲基基团。该基团的存在表明形成了均聚物或者已经发生了分散多元醇的末端羟基的环氧丙烷封端。假定分散剂多元醇发生完全的环氧丙烷封端，该积分面积预期具有2的值(PEG400的每个羟基具有一个甲基)。将该积分面积除以6得到由环氧丙烷封端的分散剂的百分比。所得到的数值为6.5％。指定为“a”和“b”的末端亚甲基碳保持了它们的移位和接近于2的面积总和(与纯分散剂的13C-谱图(图1)相比)，表明：在末端羟基上确实已经发生封端。
所分离出的经烷氧基化的木质素进一步通过以下进行表征：使用2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(TMDP)进行完全的亚磷酸酯化(phosphitylation)，随后，使用内-N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺(e-HNDI)作为内标物进行31P-NMR分析，从而对经亚磷酸酯化的羟基的量进行量化，如在别处[17]所描述的那样。结果列于中。
实施例2
将50份Kraft木质素分散在70份二甘醇(得自Sigma-Aaldrich)和2.5份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40～50℃。向该分散体中连续地加入32.8份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将2.6份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
所分离出的分散剂的1H-NMR分析显示：无末端羟基的封端(图3、4)。
实施例3
将40份Kraft木质素分散在70份四甘醇(得自Sigma-Aaldrich)和2份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40～50℃。向该分散体中连续地加入26.2份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将2份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
使用所采集的1H-NMR谱图(图5)来计算分散剂多元醇上的末端羟基的转化度。在此，将代表四甘醇的骨架羟基的信号的积分面积设定为16，从而获得在1.1～1ppm处的末端甲基基团的积分面积。这组峰是关于甲基质子的特性，表明已经发生了环氧丙烷的均聚或者已经发生了四甘醇的末端羟基被环氧丙烷封端。假定四甘醇的末端羟基发生完全封端，这组峰的理论值为6(每个四亚乙基端基具有3个甲基质子)。将所观测到的积分面积信号0.36除以理论值6得到末端羟基被环氧丙烷封端的程度。在该实施例中，该数值为6％。
实施例4
将22份Kraft木质素分散在80份四甘醇和1.1份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40～50℃。向该分散体中连续地加入7.2份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将0.6份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
实施例5
将20份Kraft木质素分散在80份PEG400(Mn为400Da的聚乙二醇，得自Sigma-Aaldrich)和1份氢氧化钠中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至80℃。向该分散体中连续地加入13.6份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行12小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
实施例6
将20份Kraft木质素分散在55份PEG400(Mn为400Da的聚乙二醇，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入7.8份环氧丙烷(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
由所获得的13C-NMR谱图(图6)计算，分散剂多元醇和/或环氧丙烷均聚物上的末端羟基被环氧丙烷封端的程度为12.5％，如实施例1(表1)中所述的那样。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为65％(表2)。
实施例7
将20份Kraft木质素分散在55份PEG400(Mn为400Da的聚乙二醇，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入5.2份环氧丙烷并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P NMR作进一步表征。
由所获得的13C-NMR谱图(图7)计算，分散剂多元醇和/或环氧丙烷均聚物上的末端羟基被环氧丙烷封端的程度为4％，如实施例1(表1)中所述的那样。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为53％(表2)。
实施例8
将20份Kraft木质素分散在54份丙三醇丙氧基化物(平均Mn为约266，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入13份环氧丙烷并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P NMR作进一步表征。
未能检测到分散剂的末端羟基的转化(图8)。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为93％(表1)。
实施例9
将20份Kraft木质素分散在55份PEG400(Mn为400Da的聚乙二醇，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入17份2,3-环氧-1-丙醇(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR作进一步表征。
如下所述地计算分散剂多元醇上的末端羟基的转化度。
由于在缩水甘油结构中缺乏末端甲基碳，因此，均聚物的量化相比于其中使用环氧丙烷的实施例存在着更大的挑战。
为了准确地识别对应于分散剂多元醇的经末端封端的基团和/缩水甘油均聚物的相应信号峰，实施由H2O引发的在KOH存在下的纯缩水甘油的均聚。该反应在40℃下实施一夜。通过经由冷冻干燥除去水，从反应混合物中分离出所得到的均聚物，并且，如实施例1中所述的那样，采用13C-NMR进行分析。缩水甘油均聚物的13C-NMR谱图呈现于图9中。在此，已经识别出，在60、63、67、70和73ppm处的一组峰是来源于缩水甘油均聚物的骨架和末端亚甲基单元(图9)。在该组中，在进一步的量化中忽略了70ppm处的峰，因为可能与来自分散的多元醇的峰发生重叠。在将60ppm处的峰的面积设定为1的情况下，剩余的峰的总和为16。将该数值用作向缩水甘油均聚物的充分转化率的理论值。
所分离出的分散剂多元醇PEG400的13C-NMR谱图呈现于图10中。在将代表分散剂多元醇的骨架亚甲基单元的信号的面积设定为14的情况下，通过获得在60、63、67和73ppm处的峰的面积(图10)来进行均聚物数量的量化。这些信号的总和除以16(在纯的缩水甘油均聚物的谱图中的相应峰的全部面积之和，图9)给出了所形成的均聚物的产率。经计算，该数值为9.6％。
在该情况下，能够排除分散剂多元醇的末端羟基的封端，因为其将导致如下的完全不同的谱图：该谱图具有末端亚甲基碳信号的损失且在100ppm及更高处存在叔碳信号(这在所采集的谱图中是未观测到的)。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为96％(表1)。
实施例10
将20份Kraft木质素分散在43份二甘醇(得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入17份2,3-环氧-1-丙醇(得自Sigma-Aaldrich)并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P NMR作进一步表征。
通过1H-NMR和13C-NMR，未观测到分散剂多元醇的末端羟基的封端。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为98％(表1)。
实施例11
将20份Kraft木质素分散在54份丙三醇丙氧基化物(平均Mn为约266，得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入13份环氧丙烷并使反应进行18小时。
在反应完成后，将1.5份冰醋酸(100％)以等摩尔的量加入至氢氧化钾中。将该混合物加热至100℃并搅拌1小时。
如实施例1中所述的那样对分散剂和经烷氧基化的木质素进行分离，并且，如实施例1中所述的那样分别通过1H-NMR、13C-NMR和31P NMR作进一步表征。
通过1H-NMR和13C-NMR，未观测到分散剂多元醇的末端羟基的封端。
经测定，所分离出的经烷氧基化的木质素中的酚式羟基向脂族羟基的转化度为95％(表1)。
对比例12(非本发明的实施例)
将20份Kraft木质素分散在73份丙三醇(得自Sigma-Aaldrich)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入13份环氧丙烷并使反应进行18小时。
在反应完成后，注意到：已经发生显著的沉淀，导致不成功的或不完全的木质素多元醇合成反应。
对比例13(非本发明的实施例)
将20份Kraft木质素分散在54份VORANOLTMCP105(平均Mn为约1000的丙三醇-丙氧基化物，得自Dow Chemicals)和1.4份氢氧化钾中。将该分散体在真空下加热至120～130℃以除去过量的水。在完全除去水之后，将该分散体的温度降低至40℃。向该分散体中连续地加入13份环氧丙烷并使反应进行18小时。
在反应完成后，注意到：已经发生显著的沉淀，导致不成功的或不完全的木质素多元醇合成反应。
聚氨酯发泡体的实施例
通过实施例14-38，进一步表明本发明的适用性，包括通过人工混合发泡来制备聚氨酯发泡体(因此其为非连续的间歇式工艺)。最终，通过如下制备组合物：称取目标量的来自实施例1-11的木质素多元醇，随后，加入所有其它多元醇组分以及除了发泡剂以外的添加剂。发泡剂使用下面所述的Heidolph搅拌器在最后加入，所述加入刚好在使多元醇共混物与来自BASF的M20S(其总是用作PMDI)混合之前。
如下所述地，使用装配有rpm计数器和计时器的Heidolph实验室搅拌器来制备人工混合发泡体。在于Carboard烧杯中制备多元醇共混物之后，向该烧杯中倒入经称重的量的M20S。随后，使该混合物在4000rpm下搅拌10秒，此后，向20×20×20cm3纸板盒中倒入反应物质，在所述纸板盒中，允许反应物质自由地升起并固化。通过目视检查在该盒中的向乳状物质的转变(乳白时间(cream time))，以通常的方式记录成核。然后，通过一次性的(木制的)刮刀，对充分生长的发泡体进行探测，从而检查在发泡物质中的拉丝的形成。将这些拉丝的首次出现记录为“拉丝时间”。最后，使用相同的刮刀来试验经充分升起的发泡体的“粘性”。将粘性的首次消失记录为“消粘”时间。选择聚氨酯(PUR)发泡体作为第一目标物，以说明本发明的能力，但是，本发明不限于该特定应用。
由表3-5给出了发泡体的所用的配方和反应性。
VoranolTMRN490是来自Dow的由蔗糖/丙三醇引发的多元醇。Z145是得自System House SPRL的由甲苯二胺引发的多元醇。是得自SystemHouse SPRL的表面活性剂。StepanTMPS2412是得自Stepan的芳族聚酯多元醇。
3905/1是得自BASF的芳族聚酯多元醇。PMDETA和DMCHA是得自Evonik的叔胺催化剂。33是得自Evonik的醋酸钾催化剂。8491、8433和8476是得自Evonik的硅酮表面活性剂。TCPP(三(1-氯-2-丙基)磷酸酯)是得自SystemHouse SPRL的阻燃剂。
M20S是得自BASF的聚合物型MDI。
表格
表1：来自实施例1-18的分离出的经烷氧基化的木质素的官能团组成
表2：计算得到的溶解度参数δ以及实施例1-14中所用的分散的多元醇的均聚物形成和/或末端羟基封端的程度
考虑到本发明的前述详细描述，其它的改进和变化对于本领域技术人员而言将变得明晰。但是，显然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可实现这样的其它改进和变化。
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Claims (21)

1.分散体形式的组合物，包含一种或多种分散剂、以及经烷氧基化的木质素，优选碱木质素，其中，所述分散剂具有约18～约30MPa1/2的溶解度参数，分散剂或分散剂混合物的平均官能度为2～6个异氰酸酯反应性基团/分子，且所述分散剂或分散剂混合物在室温下的粘度低于5000MPa·s。
2.根据权利要求1的分散体形式的组合物，包含一种或多种分散剂、以及经烷氧基化的木质素，优选碱木质素，其中，所述木质素在分散于权利要求1的分散剂中时具有约100nm～约2000nm、优选约100～约1000nm、最优选约200～约600nm的平均粒径。
3.根据权利要求1的组合物，具有木质素多元醇的形式。
4.根据权利要求1的组合物，其中，所述经烷氧基化的木质素通过对所述木质素进行选择性烷氧基化而产生，所述木质素以干重计优选0.000001～80％、更优选10～60％且最优选20～40％的浓度分散在所述分散剂和或所述分散剂的混合物中，其中超过50％、优选超过70％且最优选超过90％的烷氧基化物已经与所述木质素中的可用酚式羟基基团反应。
5.根据权利要求1的组合物，其中，所述木质素为Kraft木质素。
6.根据权利要求1的组合物，其中，所述分散剂为多元醇和或多元醇的混合物。
7.根据权利要求6的组合物，其中，所述多元醇为二甘醇、四甘醇、丙氧基化甘油、乙氧基化季戊四醇、二乙二醇、PEG400、或者它们的混合物。
8.根据权利要求1的组合物，还包含一种或多种阻燃试剂，优选TCPP或DEEP或者这两者的组合。
9.用于制造前述权利要求1-8中任一项的组合物的方法，包括以下步骤：
i)将木质素分散在一种或多种分散剂中，
ii)加入催化剂，
iii)除去过量的水，
iv)在20～80℃、更优选30～60℃且最优选40～50℃的温度下加入烷氧基化物，
v)使用酸中和所述催化剂，以及
vi)任选地，使用硅酸盐化合物例如硅酸镁对多元醇进行过滤，从而除去痕量的经中和的催化剂。
10.根据权利要求9的方法，其中，所述催化剂是：碱金属氢氧化物，例如氢氧化钾、氢氧化钠；或者碱土金属氢氧化物，例如氢氧化镁、氢氧化钡和氢氧化钙；或者叔胺，例如三甲基胺。
11.根据权利要求9的方法，其中，所述烷氧基化物是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、或者2,3-环氧-1-丙醇。
12.根据权利要求9的方法，其中，所述温度是在20～140℃、更优选30～80℃且最优选40～50℃的范围内。
13.根据权利要求9的方法，其中，还加入一种或多种阻燃试剂，优选TCPP或DEEP或者这两者的组合。
14.可通过权利要求9-13中任一项的方法获得的分散体形式的组合物。
15.前述权利要求1-8或14中任一项的组合物用于制造发泡体、橡胶、粘合剂、反应性填料或者用于用作填充剂的用途。
16.发泡体的制造方法，包括以下步骤：
a)提供前述权利要求1-8或14中任一项的组合物，
b)加入一种或多种添加剂，例如催化剂、表面活性剂和/或阻燃剂，
c)任选地，加入额外的多元醇和/或水，
d)向所述组合物中加入一种或多种发泡剂，
e)通过搅拌、高剪切混合或碰撞混合，使步骤d)中所获得的组合物与异氰酸酯例如聚合物型MDI或异氰酸酯预聚物混合，以及
f)将步骤的经混合的组合物输送至模具或传送带中，从而连续或不连续地提供发泡体。
17.根据权利要求16的方法，其中，所述一种或多种添加剂可选自：一种或多种表面活性剂，优选一种或多种聚二甲基硅氧烷共聚物；一种或多种聚氨酯催化剂，优选一种或多种叔胺或一种或多种三元胺；一种或多种三聚催化剂；一种或多种阻燃试剂；或者它们的组合。
18.根据权利要求16的方法，其中，所述一种或多种发泡剂是：一种或多种烃化合物，优选选自异戊烷、正戊烷和环戊烷；氢氟烃；甲缩醛和/或甲酸甲酯；或者它们的组合。
19.根据权利要求16的方法，其中，在加入所述一种或多种发泡剂之前，加入一种或多种含羟基的化合物和/或一种或多种催化剂，优选地，加入一种或多种聚酯多元醇和/或一种或多种聚醚多元醇，并且，加入三聚催化剂作为催化剂。
20.可通过权利要求16-19中任一项的方法获得的发泡体。
21.权利要求20的发泡体用于如下的用途：绝热和建筑应用；半刚性、柔性、经模塑、经层压、微孔状及粘弹性的聚氨酯发泡体；填料；胶粘物；密封剂；弹性体；以及橡胶。
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