一种聚氨酯材料及其制备方法.pdf

本发明提供一种聚氨酯材料及其制备方法。该聚氨酯材料是在频率为2450MHz的微波作用下，在温度为100～150℃时对天然植物物质粉状材料与复合液化剂的混合物进行无机酸催化液化发泡而制得的，所述复合液化剂由60～80％(重量)的聚乙二醇(PEG400)，10～25％(重量)的甘油和10～30％(重量)的水组成。通过聚氨酯材料制备的产品具有机械强度高、密度低，保温隔热、减震性能好，可生物降解等优点，可替代石化材料发泡制备的聚氨酯材料。

1、  一种聚氨酯材料，其特征是在微波作用下，控制温度为100～150℃，对含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质的粉状材料与复合液化剂的混合物进行无机酸催化液化发泡而制得的，所述复合液化剂由60～80％(重量)的聚乙二醇，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水组成。

2、  根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于所述的天然物质为天然植物、农作物及其废弃物。

3.  根据权利要求1或2所述的聚氨酯材料，其特征天然物质为棉秆、玉米秸秆、玉米穗轴、榨糖废渣。

4、  根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于所述无机酸为硫酸、盐酸、磷酸。

5.  根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于所述无机酸为浓硫酸。

6、  根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于所述的粉状材料粒径为50-150目。

7、  一种聚氨酯材料的制备方法，包括：在微波作用下，控制温度为100～150℃，对含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质的粉状材料与复合液化剂的混合物进行无机酸催化液化发泡，所述复合液化剂由60～80％(重量)的聚乙二醇，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水组成。

8、  根据权利要求7所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于所述的天然物质为天然植物、农作物及其废弃物。

9.  根据权利要求7或8所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征天然物质为棉秆、玉米秸秆、玉米穗轴、榨糖废渣。

10、  根据权利要求7或8所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于所述无机酸为硫酸、盐酸、磷酸。

11.  根据权利要求7或8所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于所述无机酸为浓硫酸。

12、  根据权利要求7或8所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于所述的粉状材料粒径为50-150目。

一种聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文名称是polyurethane，它是一种高分子材料。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。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……。聚氨酯以其结构易于设计和加工而成为合成材料中发展较快的材料，具有耐磨、耐油、抗撕裂及耐腐蚀等优异性能的弹性材料，其耐磨性是普通碳钢的10-100倍，耐磨性及抗撕裂性是通用黑橡胶无法比拟的。
上世纪50年代以来，由于石油工业和化学工业的发展，丰富了聚氨酯工业的原料来源，提高了许多产品的性能，曾一度大大促进了聚氨酯工业的发展。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将日渐枯竭，价格日益上涨，限制了聚氨酯工业原材料的来源，影响了聚氨酯工业的发展。此外，以石油为基础的化工产品使用期过后，若处理不当，又是环境的严重污染源。随着人们物质生活水平的提高，环保意识的日益增强，寻求石油代替品，开发新能源、新材料，从源头上减少和消除污染尤显得更为重要。
目前现有研究技术都局限在采用常规加热方法，加热时间长达数小时，液化率低，液化产物之间缩合团聚严重等弊端，造成生产成本过高，影响了该产品的开发进程，成为制约其产业化生产的瓶颈。
发明内容
本发明的目的就是提供一种技术简单，制备成本较低，性能优良的废弃植物原料液化发泡聚氨酯材料。
本发明的聚氨酯材料是采用天然植物或农作物原料与复合液化剂、催化剂混合，在微波作用下通过加热、液化，并且减压蒸馏调，冷却降温过滤的方法制得的。减压蒸馏调的目的是为了调整液化多元醇的含水量。具体如下：
一种聚氨酯材料，其特征在于它是通过以下步骤制备的：
第一步，把天然物质制成粉状材料：将含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质清选、除杂、粉碎，制成粉状材料，烘干至水分平，备用；
第二步，混合物的制备：将备用的粉状材料20～40重量份与复合液化剂100重量份、催化剂3～8重量份混合均匀，制成混合物；
第三步，聚氨酯材料的生成：将所述混合物在微波和常压下加热到100～150℃，液化8～30min，然后减压蒸馏、冷却降温过滤，收集滤液即得到本发明的聚氨酯材料。
所述粉状材料的粒径为50-150目，优选为80～100目。
所述复合液化剂的配方是60～80％(重量)的聚乙二醇(PEG400)，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水；
所述含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质为天然植物或农作物原料，例如废弃的植物或农作物材料。
所述天然植物或农作物原料为棉秆、玉米秸秆、玉米穗轴、榨糖废渣。
所述催化剂为无机酸，如硫酸、盐酸、磷酸，优选为浓硫酸。
所述混合步骤是在微波反应釜中进行的。
所述微波的频率可在微波公知的频谱范围内选择，优选为2450MHz。
需要说明的是，上述三个步骤可以一步完成，也可以分两步完成。例如，可以不经过天然物质粉装材料的制备步骤而直接使用天然物质或直接通过购买天然物质粉状材料等方式饶过这一步骤。又如，可以把第二步骤与第三步骤合二为一而同样能达到本发明目的的，这对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
因此，本发明还提供一种聚氨酯材料，它是在微波作用下，控制温度为100～150℃，对含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质的粉状材料与复合液化剂的混合物进行无机酸催化液化发泡而制得的，所述复合液化剂由60～80％(重量)的聚乙二醇，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水组成。
进一步，上述制备过程是在常压下完成的。
优选地，所述天然物质是通过公知的方式加工成粉状材料，例如把天然物质经过清选、除杂、粉碎后加工成粉状材料。
优选地，所述无机酸为硫酸、盐酸、磷酸，更优选地，所述无机酸为浓硫酸。
本发明还包括一种聚氨酯材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，把天然物质制成粉状材料：将含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质清选、除杂、粉碎，制成粉状材料，烘干至水分平衡，备用；
第二步，混合物的制备：将备用的粉状材料20～40重量份与复合液化剂100重量份、催化剂3～8重量份混合均匀，制成混合物；
第三步，聚氨酯材料的生成：将所述混合物在微波和常压下加热到100～150℃，液化8～30min，然后减压蒸馏、冷却降温过滤，收集滤液即得到本发明的聚氨酯材料。
所述粉状材料的粒径为50-150目，优选为80～100目。
所述复合液化剂的配方是60～80％(重量)的聚乙二醇(PEG400)，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水；
所述含纤维素、半纤维素或木质素的天然物质为天然植物或农作物原料，例如废弃的植物或农作物材料。
所述天然植物或农作物原料为棉秆、玉米秸秆、玉米穗轴、榨糖废渣。
优选地，所述无机酸为硫酸、盐酸、磷酸，更优选地，所述无机酸为浓硫酸。
所述混合步骤是在微波反应釜中进行的。
所述微波的频率可在微波公知的频谱范围内选择，优选为2450MHz。
需要说明的是，上述三个步骤可以一步完成，也可以分两步完成。例如，可以不经过天然物质粉装材料的制备步骤而直接使用天然物质或直接通过购买天然物质粉状材料等方式饶过这一步骤。又如，可以把第二步骤与第三步骤合二为一而同样能达到本发明目的的，这对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
因此，本发明还提供一种聚氨酯材料的制备方法，包括：在微波和催化剂的作用下，加热天然物质与复合液化剂的混合物来制备的，所述所述复合液化剂的配方是60～80％(重量)的聚乙二醇(PEG400)，10～25％(重量)的甘油，10～30％(重量)的水，所述催化剂为无机酸。
进一步，上述制备过程是在常压和100～150℃温度下完成的。
优选地，所述天然物质是通过公知的方式加工成粉状材料，例如把天然物质经过清选、除杂、粉碎后加工成粉状材料。
优选地，所述无机酸为硫酸、盐酸、磷酸，更优选地，所述无机酸为浓硫酸。
本发明的有益效果：
1.本发明原料来源广泛，工艺流程合理、简单，设备运营成本较低；具有液化时间短、液化率高的特点；生产出的产品成本低、效果好，具有突出的环保功能，有良好的使用价值和市场前景。
2.本发明的聚氨酯发泡产品具有机械强度高、密度低，保温隔热、减震性能好，可生物降解等优点。可以替代目前石化材料发泡聚氨酯原料。
优选实施例
实施例一：棉秆液化
液化剂配方：聚乙二醇(PEG400)75％(重量)，甘油15％(重量)，水10％(重量)。
生产方法：将废弃棉秆清选除杂后，自然晾干，喂入粉碎机中粉碎至80～100目，烘干至水分平衡备用。在微波反应釜中先加入配置好的复合液化剂100重量份，再缓缓加入浓硫酸3重量份，混合均匀后，再将20重量份预加工好的棉秆粉边搅拌边加入微波反应釜中，静置30min后，开动微波反应釜控制温度在100～150℃下反应30min，然后冷却降温至25℃左右抽滤，收集滤液即为植物多元醇发泡聚氨酯原料。此原料使用时无需再加入发泡剂，加入异氰酸酯即可制得硬发泡聚氨酯产品。
实施例二：玉米秸秆液化
液化剂配方：聚乙二醇(PEG400)65％(重量)，甘油16％(重量)，水19％(重量)。
生产方法：将玉米秸秆清选除杂后，自然晾干，喂入粉碎机中粉碎至80～100目，烘干至水分平衡备用。在微波反应釜中先加入配置好的复合液化剂100重量份，再缓缓加入浓硫酸5重量份，混合均匀后，再将35重量份预加工好的玉米秸秆粉边搅拌边加入微波反应釜中，静置30min后，开动微波反应釜控制温度在100～150℃下反应20min，然后冷却降温至25℃左右抽滤，收集滤液即为植物多元醇发泡聚氨酯原料。此原料使用时无需再加入发泡剂，加入异氰酸酯即可制得硬发泡聚氨酯产品。
实施例三：玉米穗轴液化
液化剂配方：聚乙二醇(PEG400)70％(重量)，甘油20％(重量)，水10％(重量)。
生产方法：将玉米穗轴清选除杂后，自然晾干，喂入粉碎机中粉碎至80～100目，烘干至水分平衡备用。在微波反应釜中先加入配置好的复合液化剂100重量份，再缓缓加入浓硫酸6重量份，混合均匀后，再将40重量份预加工好的玉米穗轴粉边搅拌边加入微波反应釜中，静置30min后，开动微波反应釜控制温度在100～150℃下反应15min，然后冷却降温至25℃左右抽滤，收集滤液即为植物多元醇发泡聚氨酯原料。此原料使用时无需再加入发泡剂，加入异氰酸酯即可制得硬发泡聚氨酯产品。
实施例四：榨糖废渣液化
液化剂配方：聚乙二醇(PEG400)72％(重量)，甘油13％(重量)，水15％(重量)。
生产方法：将榨糖废渣清选除杂后，自然晾干，喂入粉碎机中粉碎至80～100目，烘干至水分平衡备用。在微波反应釜中先加入配置好的复合液化剂100重量份，再缓缓加入浓硫酸6.5重量份，混合均匀后，再将40重量份预加工好的榨糖废渣粉边搅拌边加入微波反应釜中，静置30min后，开动微波反应釜控制温度在100～150℃下反应25min，然后冷却降温至25℃左右抽滤，收集滤液即为植物多元醇发泡聚氨酯原料。此原料使用时无需再加入发泡剂，加入异氰酸酯即可制得硬发泡聚氨酯产品。
尽管本发明是参照优选实施例作的详细描述，但是本领域的技术人员很容易在不超过本发明的精神和范围的情况下得出其它的可替代本发明的技术方案。因而，所描述的实施例并非穷举，或者并不限制本发明到所揭示的明确形式，很显然，在上述教导下，对本发明作多种修改和变化是可能的。实施例的选择和描述的目的是更好的解释本发明以及其应用的原理。