CN111662458A - 木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨酯软泡材料制备中的应用 - Google Patents

木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨酯软泡材料制备中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨酯软泡材料制备中的应用。一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，该木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚是以木质素磺酸盐作为基础材料，利用聚醚多元醇的溶剂化效应，将木质素的分子链切断并嵌入其中，形成木质素的芳香族聚合物片段和聚醚多元醇的脂肪族聚合物片段共同聚合构成的分子级组合聚醚。本发明采用了一类结构特殊的分子混拼技术，将微观上硬段的木质素分子片段与宏观上软段的聚合物多元醇重新剪辑拼接，以嵌段共聚的方法得到了分子级组合聚醚。这种分子组合聚醚具备强支撑和柔软的双重特点，完美解决了聚氨酯软泡材料强支撑与柔软不能兼顾的问题。

Description

木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨 酯软泡材料制备中的应用
技术领域
本发明涉及一种组合聚醚的制备方法，特别涉及一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨酯软泡材料制备中的应用，属于聚氨酯软泡生产技术领域。
背景技术
木质素是一大类天然高分子，也是自然界唯一的一类芳香族天然高分子，在植物的结构中起到强力支撑的作用。木质素磺酸盐是造纸工业的主要废弃物，对其综合利用始终是一个具有重大社会和经济效益的课题。但是，木质素磺酸盐由于特殊的芳香族基本结构单元和强力结合的键能，导致其降解和加工都极为困难。
聚氨酯工业中一大类原料是具有活泼氢的物质，如聚醚多元醇，聚酯多元醇，以及部分具有羟基的植物油等。这些物质在聚氨酯结构中作为软段材料与作为硬段材料的异氰酸酯聚合形成软硬共聚的聚氨酯，因此聚氨酯呈现出优秀的机械性能。
尽管如此，在特殊的应用领域，聚氨酯这种软硬共聚的结构依然不能完全满足要求。在聚氨酯软泡领域就体现出这一缺陷。聚氨酯软泡主要是作为床垫，沙发垫等产品中的弹性材料。由于人体的复杂感觉，需要弹性材料要体现出柔软性和强力支撑双重特性，二者两种特性有时彼此矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，以解决现有技术中的问题。
本发明还提供一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，该木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚是以木质素磺酸盐作为基础材料，利用聚醚多元醇的溶剂化效应，将木质素的分子链切断并嵌入其中，形成木质素的芳香族聚合物片段和聚醚多元醇的脂肪族聚合物片段共同聚合构成的分子级组合聚醚。
为了满足具备柔软性和强力支撑双重特性的聚氨酯软泡的生产，需要在聚氨酯的结构中，在更微观的层面进行软硬共聚。在本发明中，一种特殊的分子设计被提出并实施。木质素磺酸盐通过中温高压酸催化工艺被聚醚多元醇解聚形成小分子的芳香族聚合物片段，再与聚醚多元醇嵌段共聚，形成在分子层面上软硬共聚的组合聚醚。再以这种组合聚醚与异氰酸酯聚合生产聚氨酯软泡，可以解决现有技术中所述的缺陷。
作为优选，所述的木质素磺酸盐是木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或木质素磺酸镁中的一种或几种。
作为优选，所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)中的一种或几种。
作为优选，所述的聚醚多元醇选自PEG200，PEG400，PPG200，PPG400中的一种或几种。
一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)木质素磺酸盐的预处理：
木质素磺酸盐与预处理试剂以1:2-10的重量比混合，在温度为100-140
Figure BDA0002610028310000022
压力为10-15MPa的条件下预处理60-240分钟；
2)脱除预处理试剂：
预处理后得到的木质素磺酸盐经过减压蒸馏脱去预处理试剂；
3)木质素磺酸盐与聚醚多元醇软硬共聚：
木质素磺酸盐与聚醚多元醇以1:1-5的重量比进行共聚，共聚温度为120-180
Figure BDA0002610028310000021
时间为1-4小时，反应结束后得到木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚产品。
作为优选，步骤3)所述的共聚过程，采用硫酸或磷酸做催化剂，催化剂添加量为木质素磺酸盐与聚醚多元醇总重量的3-7wt％。
作为优选，所述的预处理试剂选自甲醇，乙醇，丙二醇，1-4丁二醇中的一种或几种。
作为优选，步骤3)所述的减压蒸馏工艺条件为80-120℃温度，750～1毫米汞柱条件下，减压蒸馏时间为30-120分钟。
作为优选，木质素磺酸盐与聚醚多元醇的重量比为1:1-5。
一种本发明所述的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚在聚氨酯软泡材料制备中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用了一类结构特殊的分子混拼技术，将微观上硬段的木质素分子片段与宏观上软段的聚合物多元醇重新剪辑拼接，以嵌段共聚的方法得到了分子级组合聚醚。这种分子组合聚醚具备强支撑和柔软的双重特点，完美解决了聚氨酯软泡材料强支撑与柔软不能兼顾的问题；
2、一般的聚氨酯软泡，舒适因子在2.1-2.3之间；本发明制备的聚氨酯软泡舒适因子可以超过2.6,是目前能够突破2.6的极少数聚氨酯软泡材料。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的以木质素制备分子组合聚醚并以此生产聚氨酯软泡的方法的一种具体实施方式的工艺流程示意图。
图2是本发明木质素基聚氨酯泡沫一维密度函数曲线；
图3是本发明依据SAXS图谱推测的木质素基聚氨酯泡沫的结构图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
下述实施例中所用的试剂，如无特殊说明，可以从常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中的定量数据，均设置三次重复实验，结果取平均值。
标样，聚氨酯软泡，购自浙江高裕家居科技有限公司，型号l3324。
本发明的核心是提供一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚的制备方法，称其为具体实施方式一，工艺流程示意图见图1，该方法包括以下步骤：
1)木质素磺酸盐的预处理：
木质素磺酸盐与预处理试剂以1:2-10的重量比混合，在温度为100-140
Figure BDA0002610028310000041
压力为10-15MPa的条件下预处理60-240分钟；
2)脱除预处理试剂：
预处理后得到的木质素磺酸盐经过减压蒸馏脱去预处理试剂；
3)木质素磺酸盐与聚醚多元醇软硬共聚：
木质素磺酸盐与聚醚多元醇以1:1-5的重量比进行共聚，共聚温度为120-180
Figure BDA0002610028310000042
时间为1-4小时，反应结束后得到木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚产品。
更进一步地，所述的木质素磺酸盐是木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或木质素磺酸镁中的一种或几种。
更进一步地，所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)中的一种或几种。尤其是，PEG200，PEG400，PPG200，PPG400中的一种或几种。
在制备方法中，所述的预处理试剂选自甲醇，乙醇，丙二醇，1-4丁二醇中的一种或几种。
更进一步地，步骤3)所述的减压蒸馏工艺条件为80-120℃温度，750～1毫米汞柱条件下，减压蒸馏时间为30-120分钟。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述制备方法进行改进，得到具体实施方式二，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，步骤3)所述的共聚过程，采用硫酸做催化剂，催化剂添加量为木质素磺酸盐与聚醚多元醇总重量的3-7wt％。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述制备方法进行改进，得到具体实施方式三，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，所述的预处理试剂为乙醇。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述制备方法进行改进，得到具体实施方式四，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，所述的预处理试剂为丙二醇。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述制备方法进行改进，得到具体实施方式五、六、七，该方法所涉及的原料配比，采用的试剂及各步骤具体过程见表1。
表1
Figure BDA0002610028310000051
上述具体实施方式制得的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，进行性能测试，结果见表2。
表2
Figure BDA0002610028310000052
Figure BDA0002610028310000061
对分子组合聚醚性能影响较大的因素有溶剂，催化剂和反应温度以及反应时间等。根据表2数据可以证明，PPG较PEG是更优秀的溶剂，因为在相同比例下，PPG液化后形成的分子组合聚醚粘度更低，这更有利于生产；硫酸较磷酸是更优秀的催化剂，在较低的用量下就实现了对木质素分子链的切断；低温和相对较长的时间有利于提高产物的性状。综上所述，配方七表现更为出色。
应用实施例1
一种所述的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚在聚氨酯软泡材料制备中的应用。本实施例采用具体实施方式七制得的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚制备聚氨酯软泡，聚氨酯软泡的配方为：
Figure BDA0002610028310000062
上述原料在高速混合机内混合搅拌均匀，在料温15-25摄氏度下发泡，得到聚氨酯软泡。经检测，该聚氨酯软泡的技术指标见表3。聚氨酯泡沫的一维密度函数曲线见图2，依据SAXS图谱推测的木质素基聚氨酯泡沫的结构图见图3。
表3
Figure BDA0002610028310000063
Figure BDA0002610028310000071
表3中数据证明，采用木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚的聚氨酯软泡与标准样品比较，具有更低的压陷硬度偏差(更柔软)和更高的回弹率(强支撑)以及更低的恒定负荷反复压陷疲劳后40％压陷硬度损失值(强支撑寿命)，因此具备更高的舒适因子。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚、其制备方法及其在聚氨酯软泡材料制备中的应用进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，其特征在于：该木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚是以木质素磺酸盐作为基础材料，利用聚醚多元醇的溶剂化效应，将木质素的分子链切断并嵌入其中，形成木质素的芳香族聚合物片段和聚醚多元醇的脂肪族聚合物片段共同聚合构成的分子级组合聚醚。
2.根据权利要求1所述的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，其特征在于：所述的木质素磺酸盐是木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或木质素磺酸镁中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚，其特征在于：所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的炭基肥，其特征在于：所述的聚醚多元醇选自PEG200，PEG400，PPG200，PPG400中的一种或几种。
5.一种木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)木质素磺酸盐的预处理：
木质素磺酸盐与预处理试剂以1:2-10的重量比混合，在温度为100-140、℃压力为10-15MPa的条件下预处理60-240分钟；
2)脱除预处理试剂：
预处理后得到的木质素磺酸盐经过减压蒸馏脱去预处理试剂；
3)木质素磺酸盐与聚醚多元醇软硬共聚：
木质素磺酸盐与聚醚多元醇以1:1-5的重量比进行共聚，共聚温度为120-180，℃时间为1-4小时，反应结束后得到木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚产品。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的共聚过程，采用硫酸或磷酸做催化剂，催化剂添加量为木质素磺酸盐与聚醚多元醇总重量的3-7wt％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的预处理试剂选自甲醇，乙醇，丙二醇，1-4丁二醇中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的减压蒸馏工艺条件为80-120℃温度，750～1毫米汞柱条件下，减压蒸馏时间为30-120分钟。
9.一种权利要求1所述的木质素基嵌段共聚分子级组合聚醚在聚氨酯软泡材料制备中的应用。
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