[发明专利]一种臭氧化改性木质素聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种臭氧化改性木质素聚氨酯及其制备方法，其主要由臭氧化改性木质素、异氰酸酯、多元醇和催化剂等原料反应制得。具体制备方法：（1）将木质素进行臭氧化改性，得到臭氧化改性木质素；（2）得到的臭氧化改性木质素与异氰酸酯、多元醇、催化剂等原料按照一定比例进行聚合，制备臭氧化改性木质素聚氨酯低聚物，再通过热固化成型，得到臭氧化改性木质素聚氨酯。该臭氧化改性木质素聚氨酯具有优良的力学性能及粘附性，并能够降低聚氨酯的生产成本，得到的聚氨酯可以用作薄膜、涂料、胶粘剂等领域。

技术领域

本发明属于高分子材料复合及其应用领域，具体涉及一种臭氧化改性木质素聚氨酯及其制备方法。

背景技术

聚氨酯（PU）一般是由二元或多元有机异氰酸酯与多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互反应而制成的具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚酯、聚醚多元醇是生产聚氨酯材料的重要化工中间体。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目渐枯竭，各种来自石油的高分子单体也受到严重的困扰，从而限制了聚氨酯工业原材料的来源，并时刻影响着聚氨酯工业的发展。另外，这些石化资源的大量使用，不仅引起了日益严重的环境问题，也带来严重的资源枯竭等问题，使寻找可替代和可再生资源变的尤为重要。天然高分子所具有的可再生、可降解、来源丰富等性质日益受到关注。为发展绿色能源和低碳经济，利用木质生物原料制备环境友好型材料成为了热点研究问题。国内外学者已经在利用糖类、淀粉、纤维素、植物油类、单宁等天然高分子制备聚氨酯材料方面作了大量研究。

木质素是造纸工业的副产物，含有大量的活性基团，是一种天然可再生的大分子。其结构主要是由三种基本的苯丙烷结构通过C-C键及醚键相互连接的三维网状聚合物。木质素是植物细胞壁的三种主要组成部分之一，含有大量的苯环结构，其大量的羟基（醇羟基和酚羟基）和羧基等活泼氢，可以作为反应物之一与异氰酸酯反应合成聚氨酯，充当聚氨酯中的硬段部分，提高其力学性能，因此可以在聚氨酯合成中取代部分多元醇。并且，木质素的加入也能够降低聚氨酯的生产成本。目前，利用木质素合成聚氨酯主要有两种方法，一种是对木质素直接加以利用复合制备聚氨酯，但是木质素上的羟基含量较少且反应活性较低，会导致聚氨酯性能有所降低。另一种是对木质素进行化学改性，增加其羟基含量及反应活性以部分代替多元醇与异氰酸酯反应制备聚氨酯，但是这种方法增加成本且不环保。所以，人们对木质素的改性还在深入探索中。

发明内容

本发明的目的是提供一种臭氧化改性木质素聚氨酯及其制备方法，使其具有优良的力学性能，从而降低聚氨酯的生产成本，解决聚氨酯价格高和力学性能不佳的问题。

本发明所述的一种臭氧化改性木质素聚氨酯的制备方法，包括两个步骤，步骤一：对木质素进行臭氧化改性，得到臭氧化改性木质素；步骤二：将臭氧化改性木质素与异氰酸酯、多元醇和催化剂按一定比例混合后在溶剂中进行聚合，产物热固化成型，从而得到本发明所述的臭氧化改性木质素聚氨酯。

进一步，步骤一中对木质素进行臭氧化改性，其是在臭氧气氛、气体流速350-450L/h的条件下，将木质素氧化0.5-2h；臭氧气氛中，臭氧的浓度为7.0-9.0 mg/Ｌ，其余为空气。

步骤二中，臭氧化改性木质素的用量为 5-30重量份、异氰酸酯的用量为40-60重量份、多元醇的用量为10-55重量份，催化剂的用量为臭氧化改性木质素、异氰酸酯和多元醇重量份之和的0.001-0.003倍。

步骤一中，所述木质素为有机溶剂木质素、磺酸盐木质素、碱木质素等木质素。

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、1,6-己二异氰酸酯（HDI）、1,5-萘二异氰酸酯（NDI）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），优选为1,6-己二异氰酸酯（HDI）。