[发明专利]一种凹凸棒土改性木质素型聚氨酯材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种凹凸棒土改性木质素型聚氨酯材料的制备方法，属于木质复合材料领域。目的是为了提供一种工艺简单、生产成本低、工业化容易实施的新型聚氨酯材料的制备方法。将木质素分散溶解于有机溶剂中，并与多元醇和凹凸棒土复配得到复配多元醇，再将复配多元醇与异氰酸酯、扩链剂和催化剂混合反应得到凹凸棒土改性木质素型聚氨酯材料。本发明所用的凹凸棒土和木质素以共混或共聚的方式复配至聚氨酯材料中，其中凹凸棒土可以微米填充和纳米增强两种方式改善聚氨酯材料性能；木质素可替代部分多元醇作为反应主体与异氰酸酯发生共聚反应，从而改善聚氨酯材料的力学性能。

技术领域

本发明属于环保新材料领域，特别涉及一种凹凸棒土改性木质素型聚氨酯材料的制备方法。

背景技术

聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革以及铺面材料等品种。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等，产品与品种逐年递增，在材料工业中占有相当重要的地位。因此，各国都竞相发展聚氨酯树脂工业。

聚氨酯是聚氨基甲酸酯(Polyurethane)的简称，通常是由二元或多元异氰酸酯与含有两个或多个活泼氢化合物通过逐步聚合反应聚合成为高分子链的主链上含有重复的氨基甲酸酯结构单元的高分子化合物。除了生成氨基甲酸酯基团外，还生成脲、缩二醛等基团。所以，从广泛意义上说，聚氨酯是异氰酸酯的加成产物。

常用的异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和多次甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)等。所用的多元醇品种也很多，主要有聚醚及聚酯两大类，不下数十种。生产过程中可根据所需产品性能的需要选择不同的多元醇或异氰酸酯。但是目前生产聚酯、聚醚多元醇的原料均是来自毒性和腐蚀性较强的石油化工产品，如苯酐、苯二甲酸是从萘、二甲苯等芳香族石油或者煤化工产品氧化得到。然而，随着社会的进步和发展，作为世界经济发展重要支柱的石油资源日益枯竭，各种来自石油的高分子单体也受到严重困扰，从而限制了聚氨酯工业原材料的来源，时刻影响着聚氨酯工业的发展；所制成的聚氨酯不易生物降解，也将对环境造成很大污染；且随着人们生活水平的提高，对聚氨酯材料性能提出了更高的要求。因此，为改善聚氨酯综合性能以适应市场需求、降低生产成本、减少环境污染等，开发和寻找新的替代资源生产聚氨酯材料及改性聚氨酯材料已成为聚氨酯发展的一个主要方向。

木质素是广泛存在于植物体中的一种天然高聚物，是自然界非常丰富的可再生资源，储量仅次于纤维素和甲壳素，而且每年都以6×10¹⁴t的速度再生，价格便宜，又具有分散性、生物可降解性、无毒耐候等诸多优点。而且，木质素及其改性产品中含有活性羟基，可以被看作是一种多元醇，可代替聚醚多元醇与异氰酸酯发生亲核加成反应制备聚氨酯材料，这不但可以提高资源的利用率，而且可以减少聚氨酯工业对石油产品的依赖性。同时，木质素作为一种活性填料添加到聚氨酯体系中，起到交联剂和填充剂的作用，与聚氨酯具有良好的相容性，容易制成均相材料。

关于木质素用于聚氨酯材料合成的研究已有报道，如专利CN103183801A，利用CIMV小麦秸秆木质素和聚醚多元醇混合，制备聚氨酯薄膜。专利CN103215005A为解决聚氨酯密封胶容易受紫外光老化的技术问题，将含有木质素的预聚体、催化剂、潜固化剂、增塑剂和填料在80℃的条件下搅拌1小时，即得到含木质素的聚氨酯密封胶。专利CN1651478将高沸醇木质素或其衍生物溶于有机溶剂，再与多元醇或多元醇的溶液混合均匀，然后再加入一定量的多异氰酸酯、改性添加剂或填料，加热反应制备聚氨酯。专利CN101696261A将秸秆生产燃料乙醇的残渣中用氢氧化钠抽提分离出木质素，并用环氧化物改性，再溶解于多元醇，最后与异氰酸酯等原料复配，得到聚氨酯材料。但是木质素是网状结构的刚性分子，参入量太大会降低聚氨酯的柔韧性，同时木质素的玻璃化温度较高，大量引入会使聚氨酯的黏流温度和玻璃化温度增高，所以木质素在聚氨酯材料中的使用量受限。