CN115322320A - 中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料及其在生态家居中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料及其在生态家居中的应用，属于聚氨酯发泡材料技术领域。该植物聚氨酯发泡材料是以中草药秸秆为植物原料，经前处理、预处理和液化处理后得到液化的植物原料ZY；植物原料ZY与聚醚多元醇复配形成白料后，与异氰酸酯反应后即得到植物聚氨酯发泡材料。本发明在制备植物原料过程中通过采用多催化剂的路径，实现对中草药秸秆的有效液化同时保护有效成分。采用本发明制备的植物聚氨酯发泡材料作为家居材料的芯材使用时，舒适度高，并具有安神保健的特殊疗效。

Description

中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料及其在生态家居中的 应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯发泡材料技术领域，具体涉及一种中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料及其在生态家居中的应用。
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。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。
中草药秸秆是一大类具备特殊药用价值的农废物。一些中草药秸秆如五味子、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。但是由于有效含量较低，提取成本过高，中草药秸秆中大部分都作为农废物丢弃或者简单处理后掩埋。
本发明旨在直接采用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并应用于生态家居中。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料及其在生态家居中的应用，利用具有安神保健功能的中草药秸秆(如五味子、大麻、罗马洋甘菊、紫苏等)为原料，通过绿色化学工艺制备液化的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。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，该植物聚氨酯发泡材料是以中草药秸秆为植物原料，经前处理、预处理和液化处理后得到液化的植物原料ZY；植物原料ZY与聚醚多元醇复配形成白料后，与异氰酸酯反应后即得到植物聚氨酯发泡材料。
所述植物聚氨酯发泡材料的制备过程具体包括如下步骤：
(1)前处理：植物原料依次进行晒干、烘干、粗磨、精磨和过筛，得到前处理原料QY；
(2)预处理：将前处理原料QY采用醇类浸泡处理，得到预处理原料YY；
(3)液化处理：将预处理原料YY用聚醚多元醇为溶剂进行液化处理，得到液化的植物原料ZY；
(4)液化的植物原料ZY与聚醚多元醇复配形成白料，再与异氰酸酯反应，反应过程中加入发泡剂、匀泡剂、催化剂等助剂，在温度15-30℃条件下，自然发泡得到植物聚氨酯发泡材料。
所述植物原料为五味子、大麻、薄荷、薰衣草、刺五加、合欢、郁金香、玫瑰、人参、荆芥和罗马洋甘菊中的一种或几种。
上述步骤(1)中，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；过筛后得到的前处理原料QY需要达到如下标准：粒径＜800目，含水率＜2％，灰分＜1％。
上述步骤(2)中，所述醇类为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和1,4-丁二醇中的一种或几种；浸泡时液固比(醇类与前处理原料QY的重量比)为(20-1)：1，浸泡温度40-80℃，浸泡时间12-48小时。
上述步骤(3)中，所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃其中的其中的一种或几种。
上述步骤(3)中，所述聚醚多元醇与预处理原料YY的重量比例为(10-1)：1；液化处理的反应温度100-280℃，反应时间2-8小时，且在常压和惰性气体保护条件下进行。
上述步骤(3)中，所述聚醚多元醇与预处理原料YY进行液化反应时使用催化剂I和催化剂II，所述催化剂I为浓磷酸和浓盐酸中的一种或几种，催化剂I添加比例为物料总量(聚醚多元醇与预处理原料YY的总重量)的1-6wt.％；催化剂II为[Ln(NMMO)6][PMo12O40]配合物(其中：Ln为镧系元素，Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Tm、Yb、Ho、Er、Dy、Lu、Sm、Tb和Y中的一种或几种；NMMO为N-甲基-N-吗啉氧化物)，添加量为物料总量(聚醚多元醇与预处理原料YY的总重量)的1-5wt.％。
上述步骤(4)中，所述发泡剂为水和/或二氯甲烷，所述匀泡剂为有机硅表面活性剂，所述催化剂为辛酸亚锡。液化的植物原料ZY与聚醚多元醇复配重量比例为1：(1-5)；白料与异氰酸酯重量比例为100：(40-100)，各助剂添加量为白料重量的1-5wt.％。
所述植物聚氨酯发泡材料作为床垫、沙发、枕头等家居产品的芯材使用。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明所用植物原料中含有的多酚类物质，如大麻二酚，薄荷油，五味子木质素等具有明确的安神镇定的效果。本发明中，直接采用五味子、大麻或罗马洋甘菊等中草药秸秆作为原料，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，特别重要的是要确保有效成分的结构不能被破坏。因此，在本发明中，催化剂的选择特别重要。为了实现对上述中草药秸秆的有效液化同时保护有效成分，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。另外，在反应过程中，始终存在这惰性气体的保护，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，以并此种材料制备的床垫具有安神保健健康睡眠的养生功效。
2、采用本发明制备的植物聚氨酯发泡材料作为家居材料的芯材使用时，密度不大于50kg/m3，回弹率≥40，75％压缩永久变形≤6，恒定负荷反复压陷疲劳后40％压陷硬度损失值≤20％，舒适因子≥2.6。
附图说明
图1为产物的离子色谱质谱；其中：(a)五味子ZY；(b)大麻ZY；(c)罗马洋甘菊ZY。采用MassLynx V4.1软件的Elemental composition功能对155的准分子离子进行精准元素分析，准分子离子m/z 155.0776[M+H+]+的元素组成为C8H11O3，确定为紫丁香基团(木质素/植物多酚的基本结构单元之一)，表明经过液化的植物原料其基本有效成分植物多酚结构没有被破坏。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。
以下实施例中在液化反应中同时使用催化剂I和催化剂II，催化剂I为浓磷酸和浓盐酸中的一种或几种；催化剂II为稀土配合物杂多酸盐，其通式为[Ln(NMMO)6][PMo12O40]配合物，其中：Ln为镧系元素，Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Tm、Yb、Ho、Er、Dy、Lu、Sm、Tb和Y中的一种或几种；NMMO为N-甲基-N-吗啉氧化物，催化剂II添加量为物料总量(聚醚多元醇与预处理原料YY的总重量)的1-5wt.％。以下实施例中所用催化剂II的制备过程如下：
(1)将稀土盐(CeCl3或LaCl3或SmCl3)与无水乙醇混合搅拌，制备成稀土盐的乙醇溶液；在稀土盐的乙醇溶液中加入H3[PMo12O40]，边加边搅拌；滴加完毕后再搅拌30小时；稀土盐与无水乙醇的质量比为1：10，稀土与H3[PMo12O40]摩尔比例为1：2；
(2)在步骤(1)所得产物(记为产物Ⅰ)中加入NMMO，室温条件下继续搅拌5小时，产物Ⅰ与NMMO发生配位反应后获得所述稀土配合物杂多酸盐；其中：稀土与NMMO摩尔比例为1：5，所得到最终产物为[Ln(NMMO)6][PMo12O40]，Ln＝La、Ce或Sm。具体可参考专利申请号202210661333.3。
实施例1：
本实施例采用中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料的过程如下：
1、前处理：
五味子秸秆晒干，水分含量低于1％，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；
粗粉进入粉碎机粉碎至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，粉碎过程在氮气下保护；
2、预处理：
乙二醇50Kg；五味子QY：50Kg；
工艺条件：温度：80℃，时间：48小时，压力：15MPa。
3、液化反应：
五味子秸秆100kg，PEG400为200kg，磷酸(85wt％)18kg，[Ce(NMMO)6][PMo12O40]配合物4Kg；
工艺条件：温度：180℃，时间：8小时。
产物命名：五味子ZY；产物的离子色谱质谱见图1(a)。
4、白料复配：
五味子ZY：聚醚5100＝1：1(重量比)；
产物命名：白料1。
5、发泡配方和工艺：
白料1为100Kg，MDI为50Kg，水1.5kg，有机硅1kg，辛酸亚锡催化剂0.1kg；
反应温度15℃-30℃；
产物命名：五味子生态聚氨酯。
实施例2：
本实施例采用中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料的过程如下：
1、前处理：
大麻秸秆晒干，水分含量低于1％，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；
粗粉进入粉碎机粉碎至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，粉碎过程在氮气下保护；
2、预处理：
丙三醇100Kg，大麻QY：10Kg；
工艺条件：温度：60℃，时间：24小时，压力：10MPa。
3、液化反应：
大麻秸秆100kg，PPG600为500kg，磷酸(85wt％)18kg；[La(NMMO)6][PMo12O40]配合物6Kg。
工艺条件：温度：140℃，时间：6小时。
产物命名：大麻ZY；产物的离子色谱质谱见图1(b)。
4、白料复配：
大麻ZY：聚醚220＝1：2(重量比)；
产物命名：白料2。
5、发泡配方和工艺：
白料2为100Kg，MDI为70Kg，水1.6kg，有机硅1kg，辛酸亚锡催化剂0.1kg；
反应温度15℃-30℃；
产物命名：大麻生态聚氨酯。
实施例3：
本实施例采用中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料的过程如下：
1、前处理：
罗马洋甘菊秸秆晒干，水分含量低于1％，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；
粗粉进入粉碎机粉碎至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，粉碎过程在氮气下保护；
2、预处理：
1,4-丁二醇200Kg，罗马洋甘菊QY：10Kg；
工艺条件：温度：40℃，时间：12小时，压力：15MPa。
3、液化反应：
罗马洋甘菊100kg，聚四氢呋喃为1000kg，磷酸(85wt％)11kg；[Sm(NMMO)6][PMo12O40]配合物6Kg。
工艺条件：温度：120℃，时间：4小时。
产物命名：罗马洋甘菊ZY；产物的离子色谱质谱见图1(c)。
4、白料复配：
罗马洋甘菊ZY：聚醚0750＝1：5(重量比)；
产物命名：白料3。
5、发泡配方和工艺：
白料3为100Kg，MDI为80Kg，水1.7kg，有机硅1kg，辛酸亚锡催化剂0.1kg；
反应温度15℃-30℃；
产物命名：罗马洋甘菊生态聚氨酯。
以上实施例1-3所制备的植物聚氨酯发泡材料的性能如表1所示。
表1
Figure BDA0003732165440000081

Claims (10)

1.一种中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：该植物聚氨酯发泡材料是以中草药秸秆为植物原料，经前处理、预处理和液化处理后得到液化的植物原料ZY；植物原料ZY与聚醚多元醇复配形成白料后，与异氰酸酯反应后即得到植物聚氨酯发泡材料。
2.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述植物聚氨酯发泡材料的制备过程具体包括如下步骤：
(1)前处理：植物原料依次进行晒干、烘干、粗磨、精磨和过筛，得到前处理原料QY；
(2)预处理：将前处理原料QY采用醇类浸泡处理，得到预处理原料YY；
(3)液化处理：将预处理原料YY用聚醚多元醇为溶剂进行液化处理，得到液化的植物原料ZY；
(4)液化的植物原料ZY与聚醚多元醇复配形成白料，再与异氰酸酯反应，反应过程中加入发泡剂、匀泡剂、催化剂等助剂，在温度15-30℃条件下，自然发泡得到植物聚氨酯发泡材料。
3.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述植物原料为五味子、大麻、薄荷、薰衣草、刺五加、合欢、郁金香、玫瑰、人参、荆芥和罗马洋甘菊中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(1)中，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；过筛后得到的前处理原料QY需要达到如下标准：粒径＜800目，含水率＜2％，灰分＜1％。
5.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(2)中，所述醇类为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和1,4-丁二醇中的一种或几种；浸泡时液固比(醇类与前处理原料QY的重量比)为(20-1)：1，浸泡温度40-80℃，浸泡时间12-48小时。
6.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(3)中，所述聚醚多元醇是聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃等其中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(3)中，所述聚醚多元醇与预处理原料YY的重量比例为(10-1)：1；液化处理的反应温度100-280℃，反应时间2-8小时，且在常压和惰性气体保护条件下进行。
8.根据权利要求1或7所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(3)中，所述聚醚多元醇与预处理原料YY进行液化反应时使用催化剂I和催化剂II，所述催化剂I为浓磷酸和浓盐酸中的一种或几种，催化剂I添加比例为物料总量(聚醚多元醇与预处理原料YY的总重量)的1-6wt.％；催化剂II为
[Ln(NMMO)6][PMo12O40]配合物，其中：Ln为镧系元素，Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Tm、Yb、Ho、Er、Dy、Lu、Sm、Tb和Y中的一种或几种；NMMO为N-甲基-N-吗啉氧化物，催化剂II添加量为物料总量(聚醚多元醇与预处理原料YY的总重量)的1-5wt.％。
9.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料，其特征在于：步骤(4)中，所述发泡剂为水和/或二氯甲烷，所述匀泡剂为有机硅表面活性剂，所述催化剂为辛酸亚锡；液化的植物原料ZY与聚醚多元醇复配重量比例为1：(1-5)；白料与异氰酸酯重量比例为100：(40-100)，各助剂添加量为白料重量的1-5wt.％。
10.根据权利要求1所述的中草药秸秆制备植物聚氨酯发泡材料在生态家居中的应用，其特征在于：所述植物聚氨酯发泡材料作为床垫、沙发、枕头等家居产品的芯材使用。
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