[发明专利]蛋白基聚氨酯型材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物基聚氨酯型材的制备方法，尤其涉及一种利用天然蛋白原料制备高性能低成本聚氨酯型材的制备方法。

背景技术

随着地球上化石资源的枯竭，人们越来越重视以可再生的生物质资源为原料，采用相应的化学加工方法，以获取能替代石油产品的化学资源。目前，通过对物丰价廉的生物质原料进行物理、化学改性，制备各种高附加值、高性能的生物基材料已成为各国的重要研究方向，特别是对传统的以石油产品为原料的合成高分子材料，由于此类合成高分子用途广泛，开发相应的具有低成本、性能能与之持平、绿色环保的生物基高分子材料更是目前材料领域乃整个科研领域的研究重点。

聚氨酯材料是一类性能优异的高分子材料，广泛应用于轻工、纺织、医用等各个领域，并已成为世界六大合成高分子材料之一。聚氨酯制品特别是聚氨酯型材，因其分子主链是由低分子多元醇软段和二异氰酸酯与扩链剂构成的硬段交替排列的规整的氨基甲酸酯重复结构单元组成，故具有较高的强度和弹性、优异的耐磨性、耐疲劳性及减振性能等，而且加工方式多样，可直接从单体原料一次加工成聚合物制品，并且可通过改变原料化学结构、规格、品种等调节配方组合，制出各种性能和用途的终端制品，因此应用十分广泛。

然而聚氨酯的大量使用在改善着人们生活的同时，对日益枯竭的石油资源消耗和其废弃物对环境所造成的负面影响也正在引起人们的高度关注，如：成本高、依赖石油、回收利用困难。聚氨酯型材虽有着其它材料不可替代的优点，但此类问题或缺陷的存在仍促使科研工作者不断寻求其替代品。就目前的研究进展来看，生物基聚氨酯型材能很好的解决此类缺陷，但如何控制成本并确保性能能与之持平仍制约着此类材料的发展。

生物基聚氨酯型材已有报道。目前，国内外研究主要集中在以自然界中含有多羟基的天然高分子材料为基础，通过各种改性手段替代部分多元醇制备生物基聚氨酯型材，此类天然高分子材料主要包括淀粉、木质素、纤维素、单宁、单糖等，其中由于淀粉和木质素中羟基含量较多且来源较丰富，以这两类材料为基础开发生物基聚氨酯的报道较多，如：CN1958636、CN101696261、CN2600364，但由于工艺条件和成本问题，目前仍停留在实验室阶段。以天然植物(特别是豆类)为基础开发生物基聚氨酯，主要是基于植物油和植物蛋白。植物油虽然其分子内部不含有羟基或羟基含量较低，但是它们分子内部含有很多双键，因而可以经过适当的改性，使双键变为羟基，进而用于聚氨酯的合成，如：US2007129451，但由于采用植物油为原料，成本较高，难于推广应用。蛋白分子中由于含有胺基、亚氨基等多种功能基团，可用于替代部分多元醇用于聚氨酯的合成。US2008234458报道了一种以动物蛋白和植物蛋白特别是大豆蛋白替代部分多元醇制备聚氨酯的方法，但也存在诸多不足：成本较高，产品性能与传统聚氨酯性能相比较差。

发明内容

本发明目的在于提供一种生物基聚氨酯型材的制备方法，解决现有聚氨酯型材成本高、依赖石油及天然蛋白原料利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供的蛋白基聚氨酯型材的制备方法，主要制备步骤为：

1)活化：于反应器中加入含蛋白原料和低沸点溶剂，搅拌均匀，再加入碱性溶液并升温至45-80℃反应；降至室温，加入还原剂；

2)接枝：加入接枝试剂，于50-80℃下反应；再加入酸性试剂，调pH值为3.0-5.5，50-80℃下反应；

3)取出反应液，待反应液中的溶剂及水蒸干后得改性蛋白粉；

4)将改性蛋白粉和多元醇搅拌均匀；加入催化剂、阻燃剂、交联剂，继续搅拌反应；

5)搅拌下加入异氰酸酯，待有泡沫出现时热压硫化、冷却成型得蛋白基聚氨酯型材；

其中：

步骤1中低沸点溶剂的加入量为含蛋白原料用量的1-1.2倍；

步骤1中碱性溶液的加入量为含蛋白原料用量的1％-3％wt；

步骤1中还原剂的加入量为含蛋白原料用量的1％-3％wt；

步骤2中接枝试剂的加入量为含蛋白原料用量的10％-60％wt；

步骤4和步骤5中各组分的重量分数为：

多元醇100份；

改性蛋白粉50-100份；

催化剂0.1-10份；

阻燃剂0.1-10份；

交联剂1-10份；

异氰酸酯50-120份。