CN113999361A

CN113999361A - 一种植物基聚氨酯材料及其制备方法

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Publication number: CN113999361A
Application number: CN202111398418.9A
Authority: CN
Inventors: 丘国豪; 国海玲; 邓泽华; 张雷; 丘国良
Original assignee: Zhejiang Gaoyu Home Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Gaoyu Home Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-02-01

Abstract

本发明公开了一种植物基聚氨酯材料及其制备方法，属于聚氨酯材料技术领域。本发明利用具有安神保健等功能的中草药秸秆如五味子、工业大麻、罗马洋甘菊、紫苏等作物秸秆为原料，通过绿色化学工艺制备而成中草药秸秆基植物多元醇，并以此为基础得到生态聚氨酯发泡材料。这类生态聚氨酯发泡材料作为生态家居产品的核心材料，如床垫、沙发、枕头的芯材，具有较高的应用价值和一定的社会意义。

Description

一种植物基聚氨酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种植物基聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术

生态家具和智能家居是未来家居产品的两大趋势。其中生态家具的开发目前呈现出比较丰富的开发状况。如何严格定义生态家居，目前还是个问题。一般地说，生态家居产品应该具备原料、生产工艺和最终产品的绿色无公害、可持续可循环等。以天然植物为原料制备的植物聚氨酯发泡材料完全满足上述特点，因此以植物发泡聚氨酯为核心制备的家居产品，如床垫、沙发和枕头等，都可以视为典型的生态家居产品。床垫是家居产品中一个大类。人类大约三分之一的时间都是在床上度过，因此生态床垫的开发具有特别意义。尤其是，现代社会的人群由于社会压力因素，睡眠质量普遍堪忧。开发具有健康睡眠功能的床垫产品具有特别重要的意义。

传统的床垫产品为了实现健康睡眠功能，主要是在芯材的机械性能方面，如支撑、柔软、慢回弹(即记忆功能)等方面做开发。本发明则提供了一个更加有效的路径实现床垫的健康睡眠和保健功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物基聚氨酯材料及其制备方法，该方法直接采用植物秸秆作为原料，通过绿色化学工艺将其改性制备植物聚氨酯，形成生态聚氨酯材料，以此种材料进一步制备的床垫具有安神保健、健康睡眠的养生功效。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种植物基聚氨酯材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)以植物秸秆为原料并对其进行前处理后，得到前处理原料QY；

(2)预处理：将前处理原料QY用预处理剂进行处理，处理过程中，前处理原料QY与预处理剂的重量比例为1：(20～1)，处理温度40-80℃，处理时间12-48小时；处理后获得预处理原料YY；

(3)将预处理原料YY采用多元醇为溶剂进行液化处理，液化处理时使用催化剂催化反应，反应后得到液化的植物原料ZY(植物基多元醇)；

(4)将液化的植物原料ZY与聚醚多元醇按照1：(1～10)的重量比例复配形成白料BL；

(5)将步骤(4)所得白料BL与异氰酸酯按照1：(0.25～1)的重量比例混合后，再加入助剂，在温度15-30℃条件下，自然发泡得到植物基聚氨酯发泡材料。

所述秸秆原料为五味子、工业大麻、罗马洋甘菊、刺五加和紫苏中的一种或几种。

所述前处理过程为：将植物秸秆原料依次经晒干、粗磨、精磨和过筛处理，过筛后得到的前处理原料QY达到的标准为：粒径＜800目；含水率小于2％；灰分小于1％。所述前处理过程中，除晒干过程外，其他处理过程均需在惰性气体保护下进行。

步骤(2)中，所述预处理剂为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、1,4丁二醇和一缩二丙二醇中的一种或几种。

步骤(3)中，所述多元醇为PEG、PPG、山梨醇、改性大豆油多元醇和改性棕榈油中的一种或几种。

步骤(3)液化处理过程在常压和惰性气体保护条件下进行，其中：预处理原料YY与多元醇的重量比例为(10～1)：1，反应温度100-280℃，反应时间2-8小时。

步骤(3)液化处理过程中所用催化剂为催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ，催化剂Ⅰ为浓磷酸或浓盐酸，催化剂Ⅰ的添加量为预处理原料YY与多元醇总重量的1-6％；催化剂Ⅱ为[Ln(NMMO)₅][P₂M₁₈O₆₂]杂多酸配合物，NMMO为N-甲基吗啉-N-氧化物； Ln为La、Ce、Pr、Nd、Tm、Yb、Ho、Er、Dy、Lu、Sm、Tb和Y中的一种或几种； M为Mo(1/3)和/或W(2/4))，催化剂Ⅱ的添加量为预处理原料YY与多元醇总重量的 1-5％。

步骤(5)中，所述异氰酸酯为TDI、MDI或IPDI，所述助剂包括发泡剂、匀泡剂和催化剂；所述发泡剂为水和物理发泡剂中的一种或两种混合，所述匀泡剂为有机硅表面活性剂，所述催化剂为辛酸亚锡和胺类中的一种或两种；所述发泡剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的1-10％，所述匀泡剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的1-5％，所述催化剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的0.5-5％。

所制备的植物聚氨酯发泡材应用于床垫、沙发、枕头等家居产品中作为芯材使用。

本发明设计原理及有益效果如下：

一些中草药秸秆如五味子，工业大麻等中含有的有效成分可以有效提高人的睡眠质量，具有安神保健的特殊疗效。五味子中主要成份挥发油类、木脂素类等，具有镇静安眠作用；工业大麻中含有的有效成分主要为工业大麻二酚，具有强烈的安眠、镇静作用；罗马洋甘菊中的有效成分主要为挥发油、黄酮类化合物等，具有安眠、镇静作用；刺五加中主要成份挥发油类、刺五加甙类等，具有镇静安眠作用。

在本发明中，直接采用了上述植物的秸秆作为原料，通过绿色化学工艺将其改性制备植物聚氨酯，形成生态聚氨酯材料。在这一过程中，特别重要的是不能破坏有效成分的结构。因此，在本发明中，催化剂的选择和用量特别重要，本发明采用了复合催化的路径，利用非氧化酸复合稀土杂多酸作为高效催化剂，实现了对上述中草药秸秆的有效液化，同时保护其有效成分。

另外，在反应过程中，始终存在着惰性气体的保护，避免破坏芳香物质。以此为基础制备的聚氨酯发泡材料具有芳香植物的基本特点，以此种材料制备的床垫具有安神保健健康睡眠的养生功效。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。

以下实施例中，聚醚1为2官能度2000分子量的聚醚多元醇；聚醚2是3官能度750分子量的聚醚多元醇；聚醚3是3官能度5100分子量的聚醚多元醇；聚醚4是羟基值为106的组合聚醚多元醇；聚醚5是羟基值为27的聚合物多元醇。

实施例1：

本实施例制备植物基聚氨酯材料的过程如下：

1、前处理：

五味子秸秆经晒干后，水分含量低于1wt.％；机械破碎成为粒径10-100毫米的粗颗粒，破碎过程中以氮气保护；粗颗粒进入粉碎机粉碎至10-100微米的细粉，粉碎过程在氮气下保护；细粉进入精制粉碎机粉碎过筛，筛网孔径800目，得到前处理原料QY，粉碎过程在氮气气氛保护下进行。所得前处理原料QY的粒径＜800 目，含水率小于2wt.％，灰分小于1wt.％。

2、预处理：将前处理原料QY用预处理剂进行处理后获得预处理原料YY；

五味子QY为50kg，预处理剂为乙二醇50kg；

工艺条件：温度80℃，处理时间48小时，压力15MPa。

3、制备液化的植物原料ZY(植物基多元醇)：将预处理原料YY采用多元醇为溶剂进行液化处理，液化处理时使用催化剂催化反应，反应后得到液化的植物原料ZY。本实施例制备的液化的植物原料ZY为五味子JY，其中：

预处理原料YY(预处理后的五味子秸秆)为100kg，聚合物多元醇(PEG400) 200kg，催化剂选择催化剂I和催化剂II；催化剂I为磷酸(85wt％)18kg；催化剂 II为[Ce(NMMO)₅][P₂M₁₈O₆₂]12kg。

工艺条件：常压和惰性气体保护条件下进行，温度180℃，反应时间8小时。

4、白料BL制备：

将五味子JY与JM1按照1：1的重量比例混合得到白料BL，其中：JM1组成为：聚醚1(10wt.％)+聚醚2(30wt.％)+聚醚3(60wt.％)。

5、发泡配方(五味子生态聚氨酯)和工艺：

配方：白料BL为100kg，MDI为50kg，水为1.7kg，有机硅为1kg，催化剂(辛酸亚锡)为0.3kg。发泡温度15-30℃。自然发泡得到植物基聚氨酯发泡材料。

实施例2：

本实施例制备植物基聚氨酯材料的过程如下：

1、前处理：

工业大麻秸秆经晒干后，水分含量低于1wt.％；机械破碎成为粒径10-100毫米的粗颗粒，破碎过程中氮气保护；粗颗粒进入粉碎机粉碎至10-100微米的细粉，粉碎过程在氮气下保护；细粉进入精制粉碎机粉碎过筛，筛网孔径800目，得到前处理原料QY，粉碎过程在氮气气氛保护下进行。所得前处理原料QY的粒径＜800 目，含水率小于2wt.％，灰分小于1wt.％。

2、预处理：

将前处理原料QY用预处理剂进行处理后获得预处理原料YY；

工业大麻QY为10kg，预处理剂为丙三醇100kg；

工艺条件：温度60℃，处理时间24小时，压力10MPa。

3、制备液化的植物原料ZY(植物基多元醇)：将预处理原料YY采用多元醇为溶剂进行液化处理，液化处理时使用催化剂催化反应，反应后得到液化的植物原料ZY。本实施例制备的液化的植物原料ZY为工业大麻JY，其中：

预处理原料YY(预处理后的工业大麻秸秆)为100kg，聚合物多元醇(PEG1000)500kg，催化剂选择催化剂I和催化剂II；催化剂I为磷酸(85wt％)12kg；催化剂 II为[Ce(NMMO)₅][P₂M₁₈O₆₂]6Kg。

工艺条件：常压和惰性气体保护条件下进行，温度140℃，反应时间6小时。

4、白料BL制备：

将工业大麻JY与JM2按照1：2的重量比例混合得到白料BL，其中：JM2组成为：聚醚4(20wt.％)+聚醚2(20wt.％)+聚醚3(60wt.％)。

5、发泡配方(工业大麻生态聚氨酯)和工艺：

配方：白料BL为100kg，MDI为60kg，水为1.7kg，有机硅为1kg，催化剂(三乙烯二胺)为0.2kg。发泡温度15-30℃。自然发泡得到植物基聚氨酯发泡材料。

实施例3：

本实施例制备植物基聚氨酯材料的过程如下：

1、前处理：

罗马洋甘菊秸秆经晒干后，水分含量低于1wt.％；机械破碎成为粒径10-100毫米的粗颗粒，破碎过程中以氮气保护；粗颗粒进入粉碎机粉碎至10-100微米的细粉，粉碎过程在氮气下保护；细粉进入精制粉碎机粉碎过筛，筛网孔径800目，得到前处理原料QY，粉碎过程在氮气气氛下保护下进行。所得前处理原料QY的粒径＜800目，含水率小于2wt.％，灰分小于1wt.％。

2、预处理：

将前处理原料QY用预处理剂进行处理后获得预处理原料YY；

罗马洋甘菊QY 10kg，预处理剂为1，4丁二醇200kg；

工艺条件：温度40℃，处理时间12小时，压力15MPa。

3、制备液化的植物原料ZY(植物基多元醇)：将预处理原料YY采用多元醇为溶剂进行液化处理，液化处理时使用催化剂催化反应，反应后得到液化的植物原料ZY。本实施例制备的液化的植物原料ZY为罗马洋甘菊JY，其中：

预处理原料YY(预处理后的罗马洋甘菊)为100kg，聚合物多元醇(PEG1000)1000kg，催化剂选择催化剂I和催化剂II；催化剂I为磷酸(85wt％)10kg；催化剂II为[Ce(NMMO)₅][P₂M₁₈O₆₂]15Kg。

工艺条件：常压和惰性气体保护条件下进行，温度120℃，时间4小时。

4、白料BL制备：

将罗马洋甘菊JY与JM3按照1：5的重量比例混合得到白料BL，其中：JM3 组成为：聚醚5(15wt.％)+聚醚2(10wt.％)+聚醚3(75wt.％)。

5、发泡配方(罗马洋甘菊生态聚氨酯)和工艺：

配方：白料BL为100kg，MDI为70kg，水1.7kg，有机硅1kg，催化剂(辛酸亚锡)0.3kg。

发泡温度15-30℃。自然发泡得到植物基聚氨酯发泡材料。

以上实施例1-3制备的植物基聚氨酯材料性能如下表1：

表1

以下为本发明作用的中药秸秆含有效成分：

1、五味子藤茎化学成分如表2(共35种)：

表2

2、工业大麻茎化学成分如表3：

表3

正二十四烷
	十四烷酸
硬脂酸
	对羟基正二十烷酸苯乙酯
β-谷甾醇
	齐墩果酸
熊果酸
	毛冬青酸
木樨草素
	槲皮素

3、刺五加茎成分如表4：

表4

4、罗马洋甘菊成分如表5：

表5

Claims

1.一种植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(2)预处理：将前处理原料QY用预处理剂进行处理，处理过程中，前处理原料QY与预处理剂的重量比例为1：(1～20)，处理温度40-80℃，处理时间12-48小时；处理后获得预处理原料YY；

2.根据权利要求1所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：所述秸秆原料为五味子、工业大麻、罗马洋甘菊、刺五加和紫苏中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：所述前处理过程为：将植物秸秆原料依次经烘干、粗磨、精磨和过筛处理，过筛后得到的前处理原料QY达到的标准为：粒径＜800目，含水率小于2％，灰分小于1％。

4.根据权利要求3所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：所述前处理过程中，除烘干过程外，其他处理过程均需在惰性气体保护下进行。

5.根据权利要求1所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述预处理剂为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、1,4丁二醇和一缩二丙二醇中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述多元醇为PEG、PPG、山梨醇、改性大豆油多元醇和改性棕榈油中的一种或几种。

7.根据权利要求1或6所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)液化处理过程在常压和惰性气体保护条件下进行，其中：预处理原料YY与多元醇的重量比例为(10～1)：1，反应温度100-280℃，反应时间2-8小时。

8.根据权利要求7所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)液化处理过程中所用催化剂为催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ，催化剂Ⅰ为浓磷酸、浓盐酸、磷酸二氢钠中一种或几种，催化剂Ⅰ的添加量为预处理原料YY与多元醇总重量的1-6％；催化剂Ⅱ为[Ln(NMMO)₅][P₂M₁₈O₆₂]杂多酸配合物，NMMO为N-甲基吗啉氧化物；Ln为La、Ce、Pr、Nd、Tm、Yb、Ho、Er、Dy、Lu、Sm、Tb和Y中的一种或几种；M为Mo(1/3)和/或W(2/4))，催化剂Ⅱ的添加量为预处理原料YY与多元醇总重量的1-5％。

9.根据权利要求1所述的植物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述异氰酸酯为TDI、MDI或IPDI其中的一种或几种，所述助剂包括发泡剂、匀泡剂和催化剂；所述发泡剂为水和物理发泡剂中的一种或两种混合，所述匀泡剂为有机硅表面活性剂，所述催化剂为辛酸亚锡和胺类中的一种或两种；所述发泡剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的1-10％，所述匀泡剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的1-5％，所述催化剂加入量为白料BL与异氰酸酯总重量的0.5-5％。

10.一种利用权利要求1所述方法制备的植物基聚氨酯材料，其特征在于：所制备的植物聚氨酯发泡材应用于床垫、沙发、枕头等家居产品中作为芯材使用。