[发明专利]一种基于大豆油合成耐热性聚氨酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种耐热性聚氨酯材料的方法，具体涉及一种以大豆油为原料合成耐热性聚氨酯材料的方法。

背景技术

聚氨酯是一种新型的有机高分子合成材料，是合成材料中的重要品种，已跃居合成材料第六位。聚氨酯材料的力学性能、物理性能、化学性质十分特殊，具有可发泡性、弹性、耐磨性、耐油性、耐气候性、粘接性、耐低温性、耐溶剂性和耐生物老化性以及优异的机械性能等，被广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工以及纺织等部门，其应用范围之广，这在高分子合成材料中是绝无仅有的，而且其产品与品种逐年递增，在材料工业中发挥越来越重要且不可替代的作用。

聚氨酯特殊的交联方式，使其具有其它传统合成材料所不具备的特殊的优异性能，但这种特殊交联方式决定其内部分子结构的同时，也决定了聚氨酯材料的耐热性较差，只有在80℃以下使用时，聚氨酯弹性体的性能才能得到保证，在100℃以上使用时，材料会软化，只能使用数天或数小时，长期使用会导致形变，致使普通聚氨酯材料的应用范围受到大大限制。但是，高强度而又耐高温的聚氨酯在汽车和航天技术中具有重要应用，是一种高新技术产品，其研究和应用将在二十一世纪产生深远影响。因此，耐高温高强度聚氨酯的研究开发具有非常重要的现实意义。

常用的提高聚氨酯材料的耐热稳定性的方法主要有：1）使用高官能度的聚氨酯原料，提高材料的交联度，这样往往只能以材料伸长率的损失换取耐热性的提高；2）在分子间引入耐热稳定性高的分子，形成具有互穿网络结构的杂化聚合物，这种方式对固化剂的要求较高，相匹配的反应物和对应的固化剂种类较少；3）向聚氨酯预聚体中加入耐热性的无机物，例如CaSO₄晶须、碳纤维等，通过提高材料的导热性和散热性的途径来提高材料的耐热性，但是使用此法提升空间较小，耐热性效果有限；4）通过反应向聚氨酯分子链中引入耐热稳定性高的小分子链段，如噁唑烷酮等。在聚氨酯分子链中引入噁唑烷酮制成–NCO封端的预聚体的方法，在制备聚氨酯材料过程中易于操作，加工工艺和设备无需较大改动，预聚体的低挥发性也有利于人身安全。

这一路线可通过异氰酸酯基团与环氧基团反应引入噁唑烷酮制备异氰酸酯封端的预聚体来实现，然后再与多元醇扩链剂反应制备热耐性聚氨酯材料。 

另外，在传统的聚氨酯工业中，聚氨酯合成原料—多元醇和多异氰酸酯等，主要是石油化学品，对石油化工产业依赖程度很高，石油资源日趋紧缺的局面正严重影响着聚氨酯工业的可持续发展。因此，寻找一种可再生的能够替代石油资源的聚氨酯原料具有十分重要的战略意义。

近年来，大豆油作为廉价易得的一种天然可再生的生物质资源，正日益受到人们的关注。例如，大豆油经环氧化生产环氧大豆油；环氧大豆油开环羟基化作用形成多羟基化合物；环氧大豆油在催化剂的作用下与二氧化碳（CO₂）反应合成环状碳酸酯，进而与胺类化合物反应生成非异氰酸酯聚氨酯（NIPU）。值得关注的是，含环氧基团的大豆油可直接与多异氰酸酯反应合成含有噁唑烷酮的聚氨酯，使材料的耐热性大大提高。

采用天然可再生的、环境友好的大豆油资源合成聚氨酯材料，不仅能够提高聚氨酯材料的耐热性能，而且为聚氨酯的生产提供了新的原料来源，提高聚氨酯工业的可持续发展。

目前，在催化剂AlCl₃/HMPA(六甲基磷酰三胺)的作用下，以环氧大豆油为原料合成耐热性聚氨酯的尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在催化剂AlCl₃/HMPA(六甲基磷酰三胺)的作用下，以环氧大豆油为原料合成耐热性聚氨酯的方法。

以环氧大豆油和多异氰酸酯为原料，在AlCl₃/HMPA催化剂的作用下反应，生成含有噁唑烷酮和异氰脲酸酯的聚氨酯预聚体，然后进行扩链反应制备出耐热性较好的大豆油基聚氨酯材料。

本发明的主要反应过程如下：

（1）在催化剂中阴离子的引发作用下，环氧大豆油中的环氧基团与异氰酸酯反应，生成噁唑烷酮；

（2）在催化剂的作用下，异氰酸酯发生自聚反应生成异氰脲酸酯；

（3）在较高的温度下，异氰脲酸酯和环氧基团在催化剂的参与下生成噁唑烷酮； 

本发明的制备方法如下：