一种全水发泡生物基聚氨酯材料及其制备方法与流程
本发明属于聚氨酯，具体涉及一种全水发泡生物基聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术：
1、发泡聚氨酯材料具有密度低、质量轻、导热系数低、缓冲性好、吸音隔热等优点，广泛应用于交通运输业、包装建筑业、体育用品及鞋材等领域。在制备发泡聚氨酯材料时采用的发泡剂可以分为物理发泡剂和化学发泡剂两大类。其中，氟氯烃类发泡剂作为常用的物理发泡剂利用高温分解/高温气化产生的气体从而引发发泡，但其在使用中会对臭氧层产生破坏，加剧温室效应。与之相比，水是最为理想的发泡剂，对臭氧层的消耗潜值为零，不会带来温室效应，而且制备工艺绿色环保，操作简便，成本低。因此，全水发泡聚氨酯材料越来越受到欢迎。
2、此外，现有的大多数聚氨酯材料均是以石油基聚醚/聚酯多元醇和异氰酸酯反应制得，但是石油作为不可再生资源，且可生物降解性有限，急需找到可替代的生物基材料。例如，植物油可以作为起始剂，通过相应的反应制得生物基多元醇，用于替代石油基多元醇。中国专利cn111454427a公开了一种全水发泡生物质基硬质聚氨酯泡沫及其制备方法，采用发酵废渣全代替石油基聚醚多元醇，与泡沫稳泡剂、均泡剂、扩链剂、催化剂、异氰酸酯和水高速搅拌均匀后迅速倒入模具中发泡，经一步法发泡制得生物质基泡沫塑料，其制备过程采用全水发泡，不含有氯氟烃类化合物，臭氧破坏效应odp值为零，方法简单，成本低，同时得到的泡沫塑料生物降解性具有良好的压缩强度和低导热性，但是泡沫塑料本身的阻燃性较差，仍需进一步改进。
技术实现思路
1、鉴于现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种全水发泡生物基聚氨酯材料，通过采用生物基多元醇和生物基阻燃剂，并以水作为发泡剂，不仅绿色环保，生物降解性好，而且还具有优良的尺寸稳定性和阻燃性。本发明还提供了上述全水发泡生物基聚氨酯材料的制备方法。
2、一种全水发泡生物基聚氨酯材料，由组分a和组分b组成；
3、所述组分a由以下原料组成：70-80重量份植物油基聚醚多元醇、40-50重量份蔗糖聚醚多元醇、20-30重量份生物基阻燃剂、4-6重量份水、1-2重量份催化剂、2-4重量份扩链剂、1-3重量份泡沫稳定剂；所述组分b为200-210量份异氰酸酯。
4、优选的，所述生物基阻燃剂的制备方法为：
5、将海藻酸钠加入到水中搅拌，完全溶解后得到海藻酸钠溶液，将氰尿酸三聚氰胺加入到水中搅拌，分散均匀后得到氰尿酸三聚氰胺分散液，搅拌条件下将海藻酸钠溶液加入到氰尿酸三聚氰胺分散液中，继续搅拌，离心、干燥，得到中间产物；
6、将上述中间产物加入到水中搅拌，分散均匀后得到中间产物分散液，将肌醇六磷酸加入到氨水中搅拌，完全溶解后得到肌醇六磷酸的碱性溶液，搅拌条件下将肌醇六磷酸的碱性溶液加入到中间产物分散液中，继续搅拌，离心、干燥，得到生物基阻燃剂。
7、发泡聚氨酯材料是一种易燃的有机高分子材料，其内含易燃氢键段，且具有密度低、比表面积大的特点，燃烧时多孔泡沫结构与氧气接触面积大，使其更易燃烧，并产生大量有毒烟雾，存在安全隐患。通过加入合适的阻燃剂来提高发泡聚氨酯材料的阻燃性能是最为常用的方法。因此，本发明制备了一种适用于发泡聚氨酯材料的生物基阻燃剂，不仅符合绿色环保理念，而且与基体材料的相容性好，可以显著提高材料的阻燃性能，同时不会对材料本身的压缩强度、尺寸稳定性等带来不利影响。
8、本发明的生物基阻燃剂以氰尿酸三聚氰胺为核，并依次经过可再生资源海藻酸钠与肌醇六磷酸处理，在外部形成双壳层。当发泡聚氨酯材料燃烧时，氰尿酸三聚氰胺的分解会吸收大量热量，降低材料表面温度，进一步分解会生成不燃气体，这些不燃气体能快速稀释材料产生的可燃物和氧气，降低可燃气体的浓度，并促进形成碳泡沫层，隔绝热量和外界氧气的对流交换，起到保护作用；多羟基海藻酸钠作为成炭剂能够在燃烧时形成致密的炭层，辅助氰尿酸三聚氰胺发挥阻燃作用；肌醇六磷酸可以释放出大量无机酸，作为脱水剂使发泡材料脱水形成致密碳化区，并与三聚氰胺结构反应生成覆盖在炭层表面的盐，加厚炭层，进一步阻止气体和热量的传递，保护未燃烧降解的聚氨酯材料。此外，双壳层中富含的羟基官能团能够与异氰酸酯反应，改善生物基阻燃剂在聚氨酯基体中的相容性，使其均匀分散，从而避免对发泡聚氨酯材料本身的压缩强度及尺寸稳定性产生不利影响，保证材料具有优良的综合性能。
9、优选的，所述生物基阻燃剂的制备方法为：
10、将1-2重量份海藻酸钠加入到100-200重量份水中搅拌，完全溶解后得到海藻酸钠溶液；将10-12重量份氰尿酸三聚氰胺加入到200-300重量份水中搅拌，分散均匀后得到氰尿酸三聚氰胺分散液；搅拌条件下将海藻酸钠溶液加入到氰尿酸三聚氰胺分散液中，40-50min匀速滴加完毕，结束后继续搅拌10-15min，离心、干燥，得到中间产物；
11、将上述中间产物加入到100-200重量份水中搅拌，分散均匀后得到中间产物分散液；将1-2重量份肌醇六磷酸加入到100-200重量份1-1.5wt％氨水中搅拌，完全溶解后得到肌醇六磷酸的碱性溶液；搅拌条件下将肌醇六磷酸的碱性溶液加入到中间产物分散液中，40-50min匀速滴加完毕，结束后继续搅拌10-15min，离心、干燥，得到生物基阻燃剂。
12、优选的，搅拌转速为100-300rpm。
13、优选的，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、乙二醇锑、二醋酸二丁基锡、三乙醇胺中任意一种。
14、优选的，所述扩链剂为1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、乙二醇中任意一种。
15、优选的，所述的植物油基聚醚多元醇为大豆油聚醚多元醇、蓖麻油聚醚多元醇、亚麻籽油聚醚多元醇、玉米油聚醚多元醇、棕榈油聚醚多元醇中一种或两种以上的混合物。
16、优选的，蓖麻油聚醚多元醇，是以可再生资源蓖麻油为起始剂，通过环氧丙烷的开环聚合制得；羟值为260-300mgkoh/g，分子量为4000-6000。
17、优选的，蔗糖聚醚多元醇，是以可再生资源蔗糖和甘油为起始剂，通过环氧丙烷的开环聚合制得；羟值为330-370mgkoh/g，粘度为2000-4000mpa·s(25℃)。
18、优选的，所述泡沫稳定剂为有机硅表面活性剂。
19、优选的，所述泡沫稳定剂可为赢创(德固赛)提供的b8462、b8409、b8510、b8545中的一种或两种以上的混合物。
20、优选的，所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，nco含量为30.5-32％。
21、优选的，所述异氰酸酯可以为万华化学提供的异氰酸酯pm-200，产品牌号为nco含量为30.5-32％，粘度为150-250mpa·s(25℃)。
22、本发明还提供了上述全水发泡生物基聚氨酯材料的制备方法，具体包括如下步骤：
23、将组分a与组分b搅拌混合后，迅速倒入模具自由发泡，形成粗品；将粗品进行熟化、固化，得到全水发泡生物基聚氨酯材料。
24、优选的，所述熟化的温度为25-35℃、时间为1-2h。
25、优选的，所述固化的温度为50-60℃、时间为5-8h。
26、本发明的有益效果：
27、本发明采用植物油基聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇及生物基阻燃剂等生物基材料作为原料，不仅赋予了发泡聚氨酯材料良好的生物可降解性，在第45天时生物可降解率达到16％以上，而且导热系数低、尺寸稳定性及阻燃性好。
技术特征：
1.一种全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：由组分a和组分b组成；所述组分a由以下原料组成：70-80重量份植物油基聚醚多元醇、40-50重量份蔗糖聚醚多元醇、20-30重量份生物基阻燃剂、4-6重量份水、1-2重量份催化剂、2-4重量份扩链剂、1-3重量份泡沫稳定剂；所述组分b为200-210量份异氰酸酯。
2.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述的植物油基聚醚多元醇为大豆油聚醚多元醇、蓖麻油聚醚多元醇、亚麻籽油聚醚多元醇、玉米油聚醚多元醇、棕榈油聚醚多元醇中一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述生物基阻燃剂的制备方法为：
4.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、乙二醇锑、二醋酸二丁基锡、三乙醇胺中任意一种。
5.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述扩链剂为1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、乙二醇中任意一种。
6.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为有机硅表面活性剂。
7.如权利要求1所述的全水发泡生物基聚氨酯材料，其特征在于：所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
8.如权利要求1-7任一项所述的全水发泡生物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的全水发泡生物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：所述熟化的温度为25-35℃、时间为1-2h。
10.如权利要求8所述的全水发泡生物基聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：所述固化的温度为50-60℃、时间为5-8h。
技术总结
本发明公开了一种全水发泡生物基聚氨酯材料及其制备方法，属于聚氨酯技术领域。其中，生物基聚氨酯材料由组分A和组分B组成；所述组分A包括植物油基聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇、生物基阻燃剂、水、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂；所述组分B为异氰酸酯。所述制备方法包括如下步骤：将组分A与组分B搅拌混合后，自由发泡，形成粗品；将粗品进行熟化、固化，得到全水发泡生物基聚氨酯材料。本发明制备的全水发泡生物基聚氨酯材料，具有优良的尺寸稳定性和阻燃性，可生物降解，且制备工艺简便，成本低。
技术研发人员：曾芳萍
受保护的技术使用者：惠州市佳声包装有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23