CN107298748B - 一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料及其制备方法 - Google Patents

一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚氨酯材料领域，具体是一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料及其制备方法。所述聚氨酯快速包装材料，包括生物质淀粉聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、氢氧化铝、阻燃剂、异氰酸酯以及废旧聚氨酯泡沫粉粒。所述生物质淀粉聚醚多元醇是由蒸馏水、玉米淀粉、复合聚醚多元醇以及蔗糖聚醚多元醇制成的。本发明所述的聚氨酯快速包装材料，利用天然生物质原料制备的聚氨酯硬泡，同时复合废旧聚氨酯泡沫到产品中，具有可再生、可降解、成本低廉、原料易得、等独特优势。充分利用取之不尽的植物资源的同时可以减少环境污染，属于环保型的材料。

Description

一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料领域，具体是一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯泡沫塑料因其优异的加工成型性能，被广泛地应用于各种绝热、防震、隔音、轻质结构件和座椅靠垫、包装等方面。但是，生产聚氨酯泡沫的原料异氰酸酯和多元醇来源于石油化工工业，消耗大量石油资源。另外，硬聚氨酯泡沫塑料性能优良在各大领域尤其是建筑方面得到广泛应用，并且大量的硬质聚氨酯泡沫塑料废弃物的产生对生态也敲响了警钟，这对整合资源提高利用率提出了意义。聚氨酯泡沫塑料在自然界中难于降解，给环境造成了巨大的污染，因此，对硬质聚氨酯泡沫塑料的废弃物回收再利用不仅很有效地在某种程度上支撑了我们现行的可持续发展，减少了环境污染，真正做到变废为宝；同时，淀粉来源丰富、可再生、在环境中可降解，利用淀粉酚羟基以及多糖羟基，制备可降解聚氨酯泡沫塑料，对发展循环经济有重大意义。
公开号为CN 105175681 A的专利公开了一种淀粉基聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，液化淀粉制备中加入磺酸类催化剂并蒸馏脱去，操作繁琐而且容易影响泡沫性能，同时丙三醇和聚乙二醇200作为液化溶剂，官能度较低，生产的泡沫很容易出现收缩现象。
公布号为CN 105859998 A的专利公开了用于聚氨酯发泡的组合物，聚氨酯泡沫及其用途，该产品采用环氧烷烃类聚醚多元醇为原料制备而成，在室外较难降解。
发明内容
本发明的目的在于针对目前快速发展的物流、交通运输和快递行业，提供一种能够快速成型的泡沫填充材料，对运输产品起到很好的保护、防止撞击而损坏，尤其在泡沫成型初期性能坚硬并有一定缓冲作用，随着暴露于室外，在阳光和微生物的作用下逐渐降解。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料，是由重量比为1：1.05～1.1的A组分和B组分的原料制成的，
所述A组分：
(1)生物质淀粉聚醚多元醇:80～120份；
(2)聚酯多元醇:15～30份；
(3)催化剂：0.3～0.5份；
(4)泡沫稳定剂:2～5份；
(5)发泡剂：10～30份；
(6)氢氧化铝：20～40份；
(7)阻燃剂：30～60份；
所述B组分：
(1)异氰酸酯:150～230份；
(2)废旧聚氨酯泡沫粉粒：20～50份；
所述生物质淀粉聚醚多元醇是由蒸馏水、玉米淀粉、复合聚醚多元醇以及蔗糖聚醚多元醇制成的。
作为本发明技术方案的进一步改进，生物质淀粉聚醚多元醇中玉米淀粉与复合聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇的质量比为20：50～100：10～30。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的异氰酸酯是NCO含量为31～32％的聚合4,4 一二甲苯甲烷二异氰酸酯；所述的聚酯多元醇为羟值为400～450mgKOH/g的聚酯多元醇。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的发泡剂选自HCFC-141b、HFC-245fa或HFC-365mfc中的一种或几种任意比例的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的泡沫稳定剂为L6900、L618、L6603、L6601、L5511中的一种或者几种任意比例的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三氯乙基磷酸酯、甲基磷酸二甲酯中的一种或者几种任意比例的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的催化剂为辛酸亚锡、醋酸钾和二月桂酸二丁基锡、五甲基二亚乙基三胺、N,N二甲基环己胺和三乙烯二胺的一种或者几种任意比例的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的复合聚醚多元醇为YNW-5112、YNW-6001B、YNW-5110、YNW-8110中的几种任意比例的混合物。
由于不同的聚醚多元醇有不同的特点，例如YNW-5112属通用型硬泡聚醚多元醇，YNW-6001B属低活性硬泡聚醚，具有极佳的脱模性；YNW-5110和YNW-8110属复合起始体系硬泡聚醚多元醇，可用于包装材料的快速喷涂。因此在本发明中要求采用的聚醚多元醇必须为复合聚醚多元醇，采用复合聚醚多元醇相对于单种聚醚多元醇能够显著的降低包装材料制备过程中的反应温度，有利于安全生产需要。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的蔗糖聚醚多元醇为YNW-4110、YNW-8336、 YNW-380中的一种或者几种任意比例的混合物。
另外，本发明提供了一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，采用的是上述任一技术方案的原料，该制备方法包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇50～100份、蔗糖聚醚多元醇10～30份，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取80～120份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇15～30份、泡沫稳定剂2～5份、氢氧化铝20～40份、发泡剂10～30份、催化剂0.3～0.5份、阻燃剂30～60 份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒20～50份、异氰酸酯150～230份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:(1.05～1.1)置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料浇筑或者喷射到使用部位即可。
本发明利用玉米淀粉的生物质淀粉聚醚多元醇制备的聚氨酯硬泡材料性能与常规的泡沫材料性能相当，符合国家标准(GB10800-89)的指标要求。本发明所述的聚氨酯快速包装材料，利用天然生物质原料制备的聚氨酯硬泡，同时复合废旧聚氨酯泡沫到产品中，具有可再生、可降解、成本低廉、原料易得、等独特优势。充分利用取之不尽的植物资源的同时可以减少环境污染，属于环保型的材料。
为了更清楚的说明本发明所述聚氨酯快速包装材料为环保可降解阻燃型包装材料，发明人对采用本发明所述制备方法制备获得的聚氨酯快速包装材料进行试验测定，具体试验如下：
试验一：所述聚氨酯快速包装材料的环保可降解研究
1.1采用本发明所述聚氨酯快速包装材料的制备方法制备A、B组份，两组分按重量比 1:(1.05～1.1)置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到测试容器内。
1.2将装有混合料的测试容器置于80℃环境内，加入10wt％的NaOH水溶液，降解出来48至72h，聚氨酯快速包装材料的网络结构瓦解，失重率达到20.6-26wt％。
1.3综上可以看出，本发明所述聚氨酯快速包装材料，具有环保可降解的优势。
试验二：所述聚氨酯快速包装材料的国标GB10800-89相关性能研究
2.1采用本发明所述聚氨酯快速包装材料的制备方法制备A、B组份，两组分按重量比 1:(1.05～1.1)置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具内。
2.2对模具内的包装材料进行切块制样，参照国标GB10800-89，对其相关性能进行测定，测定结果参见表1.
表1本发明所述聚氨酯快速包装材料的性能指标
Figure DEST_PATH_GDA0001361654900000021
综上可以看出，虽然本发明在制备聚氨酯快速包装材料时添加了玉米淀粉，但是添加了玉米淀粉的生物质淀粉聚醚多元醇制备的聚氨酯硬泡材料性能与常规的泡沫材料性能相当，符合国家标准(GB10800-89)的指标要求。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地阐述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明采用的聚醚多元醇YNW-5112、YNW-6001B、YNW-5110、 YNW-8110、YNW-4110、YNW-8336、YNW-380均由山东一诺威新材料有限公司生产。本发明采用的泡沫稳定剂L6900、L618、L6603、L6601、L5511均由上海启光工贸有限公司提供。下面实施例采用的异氰酸酯是NCO含量为31～32％的聚合4,4一二甲苯甲烷二异氰酸酯；采用的聚酯多元醇为羟值为400～450mgKOH/g的聚酯多元醇。
实施例l：
一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇50份(质量比为1:1的YNW-5112和YNW-6001B的混合物)、蔗糖聚醚多元醇10份(YNW-4110)，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取80份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇15份、泡沫稳定剂2份(L6900)、氢氧化铝20份、发泡剂10份(HCFC-141b)、催化剂0.3份(辛酸亚锡)、阻燃剂30份(磷酸三(1-氯-2-丙基)酯)，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒20份、异氰酸酯 150份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:1.05置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具即可。
实施例2：
一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇60份(质量比为1:2的YNW-5112和YNW-5110的混合物)、蔗糖聚醚多元醇10份(YNW-8336)，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取90份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇18份、泡沫稳定剂3份(L618)、氢氧化铝30份、发泡剂20份(HCFC-245fa)、催化剂0.4份(醋酸钾)、阻燃剂40份(三氯乙基磷酸酯)，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒30份、异氰酸酯180份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:1.1置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具即可。
实施例3：
一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇80份(质量比为1：2：1的YNW-5112、YNW-5110和YNW-8110的混合物)、蔗糖聚醚多元醇20 份(YNW-380)，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取100份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇20份、泡沫稳定剂4份(L6603)、氢氧化铝30份、发泡剂20份(HFC-365mfc)、催化剂0.4份(二月桂酸二丁基锡)、阻燃剂50份(甲基磷酸二甲酯)，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒40份、异氰酸酯200份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:1.06置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具即可。
实施例4：
一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇90份(质量比为2:1的YNW-5110和YNW-8110的混合物)、蔗糖聚醚多元醇30份(质量比为1:1 的YNW-4110和YNW-380的混合物)，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取110份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇25份、泡沫稳定剂4份(质量比为1:1的L6601和L5511的混合物)、氢氧化铝40份、发泡剂30份(质量比为1:1的HCFC-141b和HFC-245fa的混合物)、催化剂0.5份(质量比为1:4的N,N二甲基环己胺和三乙烯二胺的混合物)、阻燃剂60份(质量比为2:1的三氯乙基磷酸酯和甲基磷酸二甲酯的混合物)，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒50份、异氰酸酯210份，转速为 7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:1.1置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具即可。
实施例5：
一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇100份(质量比为1:1的YNW-5112和YNW-8110的混合物)、蔗糖聚醚多元醇30份(质量比为1:1 的YNW-8336和YNW-380的混合物)，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；
(2)从上述液化产物中取120份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇30份、泡沫稳定剂5份(质量比为3:2的L6900和L5511的混合物)、氢氧化铝40份、发泡剂30份(质量比为1:1的HCFC-141b和HFC-245fa的混合物)、催化剂0.5份(质量比为1:1的辛酸亚锡和三乙烯二胺的混合物)、阻燃剂60份(质量比为2:1的三氯乙基磷酸酯和甲基磷酸二甲酯的混合物)，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒50份、异氰酸酯230份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:1.1置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料喷射到模具即可。
将实例1～5制备的环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料，进行切块制样，并参照国标 GB10800-89测试相关性能，性能指标见表2。
表2各实施例聚氨酯快速包装材料性能指标
Figure DEST_PATH_GDA0001361654900000041

Claims (6)

1.一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：(1)取50份蒸馏水加入容器中，加热并进行搅拌，加热至100℃，加入20份的玉米淀粉，搅拌反应50min，使玉米淀粉完全糊化，继续加热，并缓慢加入复合聚醚多元醇50~100份、蔗糖聚醚多元醇10~ 30份，搅拌反应15min，控制体系粘度，然后降低体系温度到65℃，搅拌反应30min，得到生物质淀粉聚醚多元醇；所述的复合聚醚多元醇为YNW-5112、YNW-6001B、YNW-5110、YNW-8110中的几种任意比例的混合物；
所述的蔗糖聚醚多元醇为YNW-4110、YNW-8336、YNW-380中的一种或者几种任意比例的混合物；
(2)从上述生物质淀粉聚醚多元醇中取80~120份放入Ⅰ号反应器中，同时加入聚酯多元醇15~30份、泡沫稳定剂2~5份、氢氧化铝20~40份、发泡剂10~30份、催化剂0.3 ~0.5份、阻燃剂30~60份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得A组分；Ⅱ号反应器中加入废旧聚氨酯泡沫粉粒20~ 50份、异氰酸酯150~230份，转速为7000r/min条件下，搅拌10s使各组分均匀分散，包装入桶制得B组分；
(3)将制得的A、B组份按重量比1:（1.05~ 1.1）置于搅拌容器中，转速为7000r/min条件下，搅拌40s使各组分均匀分散，然后迅速将混合料浇筑或者喷射到使用部位即可。
2.根据权利要求1所述的一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，所述的异氰酸酯是NCO含量为31~32%的聚合4,4一二甲苯甲烷二异氰酸酯；所述的聚酯多元醇为羟值为400~450mgKOH/g的聚酯多元醇。
3.根据权利要求1所述的一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，所述的发泡剂选自HCFC-141b、HFC-245fa或HFC-365mfc中的一种或几种任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，所述的泡沫稳定剂为L6900、L618、L6603、L6601、L5511中的一种或者几种任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，所述的阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三氯乙基磷酸酯、甲基磷酸二甲酯中的一种或者几种任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种环保可降解阻燃型聚氨酯快速包装材料的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为辛酸亚锡、醋酸钾和二月桂酸二丁基锡、五甲基二亚乙基三胺、N, N二甲基环己胺和三乙烯二胺的一种或者几种任意比例的混合物。
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