CN1462770A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以大豆渣和大豆粉等大豆副产品与聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯为原料得到的复合材料及其制备方法。首先由聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到聚氨酯预聚物，然后将聚氨酯预聚物与大豆渣或大豆粉按一定比例混合，并在无溶剂、无外加增塑剂条件下反应后经热压得到片状或其它形状材料。也可以由聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯与大豆渣或大豆粉按一定比例混合，直接经螺杆机挤出反应、热压后得到复合材料。通过改变大豆副产品、聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯的种类及其比例，可以得到具有从塑料到弹性体的各种性能的材料。因此该大豆渣或大豆粉复合材料是一种工艺简单、成本低廉的新型材料。

Description

一种复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以大豆渣、大豆粉等大豆副产品与聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯为原料得到的复合材料及其制备方法，属于高分子化学领域，也属于高分子材料科学领域。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭，以及非降解合成高分子对环境的污染问题，研究和开发“绿色高分子”成为高分子科学的前沿领域。我国盛产大豆，因此拥有丰富的大豆制品资源。但我国大豆含油率(17％)明显低于美国(23％)，而价格却比国际市场高40％，其对策之一是提高经榨油后和提取了大豆蛋白后的副产品的利用率，使其转变为工业材料，由此提高农副产品的价值。通常，在提取大豆油脂后，可以得到大量的脱脂大豆粉、大豆分离蛋白、和大豆残渣等，它们既具有一定商业价值，又具有可生物降解性的特性，因此是一种符合可持续发展战略的、环境友好的、有待于大力研究和开发的天然高分子材料。比如，20世纪30和40年代曾有大豆蛋白质塑料的报道(Ind.Eng.Chem.，32，1002，1940)。但当时正值石油产品迅猛发展时期，大豆副产品的加工开发没有引起足够重视。近年，大豆蛋白研究在国际上十分引人注目，它成为新兴的“工业蛋白塑料”的重要原料。国外主要集中在对大豆产品用作粘接剂(J.Am.Oil Chem.Soc.，72(12)，1461，1995)、塑料(J.Polymer，42，2569，2001)、纺织纤维(J.Appl.Polym.Sci.，71，11，1999)和各种包装材料(Polym.Prepr.，39(2)，148，1998)等领域内的研究，而国内关于大豆副产品在塑料、包装材料等方面的应用研究还很欠缺(Ind.Eng.Chem.Res.，40，1879，2001)。

聚氨酯是一种性能优良、应用广泛的高分子材料。在聚氨酯体系中加入大豆粉、大豆蛋白等制备聚氨酯泡沫引起国外学者的重视(J.Appl.Polym.Sci.，81，2027，2001；J.Appl.Polym.Sci.，80，10，2001)。大豆粉是大豆榨油后的物质，而大豆渣是大豆粉经碱溶法提取大豆分离蛋白后的残渣，以它们为原料与聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯通过化学反应和热压而制备复合材料的工作未见报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种复合材料及其制备方法，该复合材料以大豆渣、大豆粉等大豆副产品与聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯为主要原料，在无溶剂和无外加增塑剂条件下制得，生产工艺简单、成本低廉。

本发明提供的技术方案是：一种复合材料，以大豆渣或大豆粉、聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯为原料，经螺杆机挤出反应，热压成型得到；其中聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.5至1∶2，聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的质量之和与大豆渣或大豆粉的质量比为3∶7至5∶5。

本发明的复合材料可由聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯按1∶1.5至1∶2的摩尔比混合，在70～90℃反应制得全部或部分以异氰酸根封端的聚氨酯预聚物，然后由该聚氨酯预聚物与大豆渣或大豆粉按3∶7至5∶5的质量比混合，并经螺杆机挤出反应，热压成型得到。

或者直接由聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯、大豆渣或大豆粉在70～90℃下混合，并经螺杆机挤出反应，热压成型得到。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法：将聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯按1∶1.5至1∶2的摩尔比混合，在70～90℃下恒温反应2～3小时，得到全部或部分以异氰酸根封端的聚氨酯预聚物；将该聚氨酯预聚物与大豆渣或大豆粉等大豆副产品按3∶7至5∶5的质量比混合均匀，经螺杆机挤出反应，再装入模具中在110～140℃下热压成型，得到所需复合材料。

上述复合材料的更简便制法为：在70～90℃下，同时将聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯、大豆渣或大豆粉混合，并经螺杆机挤出反应，热压成型得到；其中聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.5至1∶2，聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的质量和与大豆渣或大豆粉的质量比为3∶7至5∶5。

本发明可以通过选择不同的大豆副产品、不同的聚醚多元醇或聚酯多元醇、调节各种物质的比例、改变反应和热压条件而得到具有不同力学性能、耐水性能和生物降解性能的聚氨酯材料，其科技含量高，具有创新性。本发明生产工艺简单、成本低廉，而且得到的复合材料能够根据需要制备成各种热压模具的形状，在旅游制品、生活日用品、园艺业和工艺行业中具有实用性。

本发明的技术进步在于：(1)充分利用来源丰富、价格便宜的大豆粉和大豆渣为主要原料；(2)通过与含醚键、酯键及-NCO基团的物质反应，大大改善了大豆渣和大豆粉的可加工性；(3)可得到具有较好力学性能和耐水性能的材料。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例1

将干燥的聚丙二醇与新蒸的2，4-甲苯二异氰酸酯按1∶2的摩尔比在三颈烧瓶中混匀，搅拌下加热至85℃后保温蒸2.5小时，得到异氰酸根封端的聚氨酯预聚物。将该聚氨酯预聚物与干燥的大豆渣按4∶6的质量比混匀，经螺杆机挤出反应。挤出条件为：从进样到出口温度依次分别为90，100和110℃。挤出物料在热压机上于20MPa、120℃下热压7分钟，冷至50℃以下取出热压所得片材。该材料的力学性能、耐水性能见附表。

实施例2

整个制备过程同实施例1，仅将聚氨酯预聚物与大豆渣的质量比换为5∶5。

实施例3

整个制备过程同实施例1，将大豆渣换为大豆粉，将挤出条件换为：从进样到出口温度依次分别为80，90和100℃，热压温度为110℃。

实施例4

整个制备过程同实施例3，仅将聚氨酯预聚物与大豆粉的质量比换为5∶5。实施例5

将干燥的分子量为400的聚己内酯、新蒸的2，4-甲苯二异氰酸酯和干燥的大豆渣混和均匀，其中聚己内酯与2，4-甲苯二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.5，聚己内酯与2，4-甲苯二异氰酸酯的质量之和与大豆渣的质量比为4∶6，混和物经螺杆机挤出反应。挤出条件为：从进样到出口温度依次分别为110，120和130℃。挤出物料在热压机上于20MPa、130℃下热压10分钟，冷至50℃以下取出热压所得片材。

实施例6

整个制备过程同实施例5，仅将聚己内酯与2，4-甲苯二异氰酸酯的质量之和与大豆渣的质量比换为5∶5。

实施例7

整个制备过程同实施例6，仅将聚己内酯与2，4-甲苯二异氰酸酯的摩尔比换为之1∶1.7。

实施例8

将干燥的蓖麻油、新蒸的2，4-甲苯二异氰酸酯和干燥的大豆渣混和均匀，其中蓖麻油与2，4-甲苯二异氰酸酯的摩尔比为1∶1，蓖麻油与2，4-甲苯二异氰酸酯的质量之和与大豆渣的质量比为4∶6，混和物经螺杆机挤出反应。挤出条件为：从进样到出口温度依次分别为110，120和130℃。挤出物料在热压机上于20MPa、140℃下热压10分钟，冷至50℃以下取出热压所得片材。

                 热压复合片材的力学性能和耐水性能

          拉伸强度(MPa)            断裂伸长率(％)    耐水性     吸水率(％)*实施例1         6.41                     45.5           0.47        66.7实施例2         6.89                     100.4          0.55        52.0实施例3         5.16                     77.98          0.42        136.66实施例4         5.01                     131.63         0.48        126.19实施例5         10.41                    19.28          0.45        67.98实施例6         11.73                    43.61          0.46        39.88实施例7         14.58                    31.49          0.48        34.56实施例8         25.5                     16.6           0.61        20.43*吸水率：是样品在25℃下于蒸馏水中浸泡26h后的增重率。

上述聚丙多元醇用其它聚醚多元醇或聚酯多元醇代替，2，4-甲苯二异氰酸酯用其它二异氰酸酯代替可得到类似的结果。

Claims (5)

1.一种复合材料，以大豆渣或大豆粉、聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯为原料，经螺杆机挤出反应，热压成型得到；其中聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.5至1∶2，聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的质量之和与大豆渣或大豆粉的质量比为3∶7至5∶5。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：由聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯按1∶1.5至1∶2的摩尔比混合，在70～90℃反应制得异氰酸根封端的聚氨酯预聚物，然后由异氰酸根封端的聚氨酯预聚物与大豆渣或大豆粉按3∶7至5∶5的质量比混合，并经螺杆机挤出反应，热压成型得到。

3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征是：聚氨酯预聚物为全部或部分以异氰酸根封端的预聚物。

4.权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征是：将聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯按1∶1.5至1∶2的摩尔比混合，在70～90℃下反应2～3小时，得到全部或部分以异氰酸根封端的聚氨酯预聚物；将该聚氨酯预聚物与大豆渣或大豆粉类大豆副产品按3∶7至5∶5的质量比混合均匀，经螺杆机挤出反应，再装入模具中在110～140℃下热压成型，得到所需复合材料。

5.权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征是：在70～90℃下，同时将聚醚多元醇或聚酯多元醇与二异氰酸酯、大豆渣或大豆粉混合，并经螺杆机挤出反应，热压成型得到；其中聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.5至1∶2，聚醚多元醇或聚酯多元醇和二异氰酸酯的质量之和与大豆渣或大豆粉的质量比为3∶7至5∶5。