專利名稱：一種聚氨酯預(yù)聚物界面偶聯(lián)劑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯預(yù)聚物(以下稱聚氨酯)界面偶聯(lián)劑及其制備方法與應(yīng)用，具體涉及一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)剩余物纖維與熱塑性塑料復(fù)合材料的界面偶聯(lián)劑。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今世界的四大材料(鋼鐵、水泥、木材、塑料)中，木材是唯一可再生、對(duì)環(huán)境最友好、對(duì)生態(tài)平衡具有重要作用、而又易于回收和循環(huán)利用的天然復(fù)合生物高分子資源；21世紀(jì)，正值我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展，人民生活水平不斷提高的大好時(shí)機(jī)，建筑業(yè)、制造業(yè)、家具業(yè)、室內(nèi)裝修裝飾業(yè)、包裝業(yè)以及未來的木質(zhì)房屋建筑業(yè)等對(duì)木材及木制品的數(shù)量和質(zhì)量的需求日益增長(zhǎng)。
但我國(guó)木材資源供應(yīng)不足，尤其是天然林保護(hù)工程的實(shí)施，木材供需缺口日益增大。
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)剩余物纖維資源豐富，如1998年，糧食作物(包括水稻、小麥、玉米、谷子等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻等)、棉花、麻類(包括黃紅麻、苧麻、大麻、亞麻等)和糖料作物(主要包括甘蔗和甜菜)的資源總量已達(dá)12.8億噸。同木材的主要組成成分相似，農(nóng)業(yè)剩余物纖維也是由纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素大分子高聚物組成。另外，隨塑料加工業(yè)逐步發(fā)展成為一個(gè)品種繁多、門類齊全的國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，熱塑性塑料低密度或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯等的消費(fèi)量年年遞增，廢棄物也一年比一年多，塑料高分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、單位質(zhì)量體積大、耐老化、抗腐蝕、難被生物降解，因此，大量的廢塑料膜、塑料袋以及其它淺色塑料制品廢棄物產(chǎn)生的“白色污染”成為主要的環(huán)境污染源之一。
所以，以農(nóng)業(yè)剩余物纖維與回收熱塑性塑料為原材料，按一定的工藝途徑復(fù)合形成的新型高質(zhì)量農(nóng)業(yè)物剩余纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料，是積極擴(kuò)展木材工業(yè)原料資源、開發(fā)新的木材替代品、緩解木材資源短缺、改善生態(tài)環(huán)境、解決供需矛盾的重要技術(shù)舉措之一，它符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，是木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域重要的研究方向之一。
但農(nóng)業(yè)剩余物纖維含有的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素屬親水高分子聚合物，熱塑性塑料是由非極性或弱極性憎水高分子聚合物組成，農(nóng)業(yè)剩余物纖維與熱塑性塑料復(fù)合，雖然依靠高聚物熱熔，得到了宏觀上均勻的共混體系，但界面相容性差，因此，僅將農(nóng)業(yè)剩余纖維與熱塑性塑料復(fù)合，復(fù)合材料界面粘接薄弱，當(dāng)受外力作用時(shí)，復(fù)合材料界面粘接薄弱處成為應(yīng)力傳遞過程中首先破壞的區(qū)域，復(fù)合材料的物理力學(xué)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之一是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型聚氨酯界面偶聯(lián)劑。
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之二是提供這種界面偶聯(lián)劑的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之三是提供該偶聯(lián)劑的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一、聚氨酯界面偶聯(lián)劑本發(fā)明的聚氨酯界面偶聯(lián)劑，數(shù)均分子量為3000～10000，分散指數(shù)為1.6～2.8，玻璃化溫度(Tg)按差示掃描量熱法(DSC)測(cè)定為-80～20℃，是將異氰酸酯和多元醇按游離異氰酸酯基(NCO)和羥基(OH)摩爾比為2∶1～20∶1共混，60～150℃加熱制得的。
二、聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，步驟如下將異氰酸酯和多元醇按游離異氰酸酯基(NCO)和羥基(OH)的摩爾比為2∶1～20∶1共混，60～150℃加熱，加熱時(shí)間為60～240分鐘，周期性地取反應(yīng)物進(jìn)行化學(xué)滴定或紅外光譜檢測(cè)，直至異氰酸酯基的百分含量(NCO％)恒定，冷卻，出料，得產(chǎn)物聚氨酯界面偶聯(lián)劑。
上述的異氰酸酯，是指分子量為100～500的含游離異氰酸酯基的芳香族或脂肪族化合物，具體選自下列之一或組合甲苯二異氰酸酯(TDI)、改性TDI和TDI的三聚體、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、液化MDI、多苯基多亞甲基多異氰酸酯(PAPI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(氫化MDI)、甲基環(huán)亞己基二異氰酸酯，或者是水可乳化的MDI或PAPI，。
上述多元醇，是指分子量為300～8000的多元醇聚合物的混合物。
所述多元醇聚合物是聚醚多元醇的聚合物，或者聚醚多元醇的聚合物和聚酯多元醇的聚合物的混合物，聚醚多元醇聚合物、聚酯多元醇聚合物的官能度均為2或3；所述聚醚多元醇選自聚氧化丙烯醚多元醇、聚氧化乙烯醚多元醇、聚四氫呋喃醚多元醇或者聚氧化丙烯醚—四氫呋喃多元醇。
所述的生成物聚氨酯數(shù)均分子量為3000～10000，分散指數(shù)為1.6～2.8，玻璃化溫度(Tg)按DSC測(cè)定為-80～20℃。
三、聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用是用于農(nóng)業(yè)剩余物纖維與熱塑性塑料復(fù)合材料的制備。
本發(fā)明聚氨酯界面偶聯(lián)劑常溫下與農(nóng)業(yè)剩余物纖維和熱塑性塑料共混，可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)剩余物纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料的預(yù)處理，聚氨酯界面偶聯(lián)劑的用量占農(nóng)業(yè)剩余物纖維重量的0.2～10％。
上述的農(nóng)業(yè)剩余物纖維是指水稻、小麥、玉米或谷子糧食作物，或者是花生、油菜、胡麻或芝麻油料作物，或者是棉花，黃紅麻、苧麻、大麻或亞麻麻類作物，或者是甘蔗或甜菜糖料作物的剩余物，或者是以上一種或兩種以上的農(nóng)業(yè)剩余物的混合物。
上述的熱塑性塑料是指低密度或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯中的一種或兩種以上的混合物，熱塑性塑料可以是新塑料或回收塑料、或新塑料與回收塑料的混合物。
本發(fā)明聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用，是將該偶聯(lián)劑用于對(duì)農(nóng)業(yè)剩余物纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料原料的預(yù)處理，經(jīng)與本發(fā)明聚氨酯界面偶聯(lián)劑共混后，共混物再經(jīng)鋪料、預(yù)壓、熱壓、后處理可制得該復(fù)合材料的板材，所得板材具有良好的物理以及力學(xué)性能，該復(fù)合板材的產(chǎn)業(yè)化將產(chǎn)生較高的社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明制備方法的突出特點(diǎn)是無廢氣、廢液、廢固體產(chǎn)生，與傳統(tǒng)的硅烷以及鈦酸酯偶聯(lián)劑的制備相比較，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，合成成本較低、對(duì)原材料預(yù)處理能耗少等特點(diǎn)。
本發(fā)明的聚氨酯界面偶聯(lián)劑對(duì)農(nóng)業(yè)物剩余纖維與塑料原材料預(yù)處理，可有效改善該復(fù)合材料界面的結(jié)合強(qiáng)度、降低界面張力、提高復(fù)合材料的物理及力學(xué)性能；該復(fù)合材料無甲醛等有害物質(zhì)的釋放，同木材相似，可鋸、刨、鉚、釘、降解、回收利用，并且還具有木材所不及的性能，如各向同性、耐水、耐蟲蛀、抗腐蝕、耐用性能優(yōu)異；在建筑、交通、包裝、公共設(shè)施等方面的應(yīng)用前景廣闊。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的FTIR圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于實(shí)施例，該領(lǐng)域?qū)I(yè)人員對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1在裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流裝置的反應(yīng)釜中，將分子量為300和3000的聚氧化丙烯醚三元醇、分子量為1000的聚氧化乙烯醚二元醇按游離羥基的摩爾比1∶2∶6的比例共混，再加入液化的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，MDI的加入量按MDI含有的游離NCO與聚氧化丙烯醚三元醇和聚氧化乙烯醚二元醇含有的游離OH的摩爾比4∶1控制，加熱至80℃，恒溫60min，再每隔15min取內(nèi)容物化學(xué)滴定分析至游離NCO％恒定，冷卻包裝。
實(shí)施例2如實(shí)施例1所述，所不同的是所使用的異氰酸酯為多苯基多亞甲基多異氰酸酯(PAPI)。
實(shí)施例3如實(shí)施例1所述，所不同的是所使用的異氰酸酯為水可乳化的MDI。
實(shí)施例4如實(shí)施例1所述，所不同的是所使用的異氰酸酯為MDI和PAPI的共混物，MDI和PAPI的摩爾比為3∶1。
實(shí)施例5如實(shí)施例1所述，所不同的是所使用的分子量為1000的聚氧化乙烯醚二元醇替換為聚氧化乙烯醚二元醇和聚氧化丙烯醚-四氫呋喃二元醇的混合物，聚氧化乙烯醚二元醇和聚氧化丙烯醚-四氫呋喃二元醇的摩爾比為1∶1。
實(shí)施例6在裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流裝置的反應(yīng)釜中，將分子量為300和3000的聚氧化丙烯醚三元醇、分子量為600和1000的聚氧化乙烯醚二元醇按游離羥基的摩爾比1∶2∶2∶4的比例共混，再加入MDI和PAPI的共混物，MDI和PAPI的摩爾比為1∶1，MDI和PAPI含有的游離NCO與聚氧化丙烯醚三元醇和聚氧化乙烯醚二元醇含有的游離OH的摩爾比控制在12∶1，加熱至60℃，恒溫120min，再每隔15min取內(nèi)容物化學(xué)滴定分析至游離NCO％為恒定，冷卻，包裝。
實(shí)施例7如實(shí)施例6所述，所不同的是異氰酸酯共混物含有的游離NCO與多元醇共混物含有的游離OH的摩爾比為20∶1。
實(shí)施例8如實(shí)施例6所述，所不同的是將分子量為300和3000的聚氧化丙烯醚三元醇替換為分子量為2000的聚氧化丙烯醚三元醇。
實(shí)施例9如實(shí)施例6所述，所不同的是所使用的異氰酸酯為水可乳化的MDI。
實(shí)施例10聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用常溫條件下，將占農(nóng)業(yè)剩余物纖維重量2.5％的本發(fā)明的聚氨酯界面偶聯(lián)劑與麥秸和回收聚乙烯共混、鋪料、預(yù)壓、熱壓、后處理可制得該復(fù)合材料板材，農(nóng)業(yè)剩余物纖維和熱塑性塑料的質(zhì)量比為80/20，表1為該復(fù)合材料與不使用偶聯(lián)劑的麥秸/回收聚乙烯復(fù)合材料物理及力學(xué)性能對(duì)比。
表1

由表1可看出，本發(fā)明合成的界面偶聯(lián)劑對(duì)麥秸/回收聚乙烯復(fù)合材料物理及力學(xué)性能改善作用顯著，該復(fù)合材料使用的原材料以及良好的物理以及力學(xué)性能，預(yù)示著該復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化必將產(chǎn)生較高的社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種聚氨酯界面偶聯(lián)劑，其特征在于該偶聯(lián)劑數(shù)均分子量為3000～10000，分散指數(shù)為1.6～2.8，玻璃化溫度按差示掃描量熱法測(cè)定為-80～20℃，是將異氰酸酯和多元醇按游離異氰酸酯基和羥基摩爾比為2∶1～20∶1共混，60～150℃加熱制得的。
2.一種聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，步驟如下將異氰酸酯和多元醇按游離異氰酸酯基和羥基的摩爾比為2∶1～20∶1共混，60～150℃加熱，加熱時(shí)間為60～240分鐘，周期性地取反應(yīng)物進(jìn)行化學(xué)滴定或紅外光譜檢測(cè)，直至異氰酸酯基的百分含量恒定，冷卻，出料，得產(chǎn)物聚氨酯界面偶聯(lián)劑。
3.如權(quán)利要求2所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，其特征在于所述的異氰酸酯，是指分子量為100～500的含游離異氰酸酯基的芳香族或脂肪族化合物，具體選自下列之一或組合甲苯二異氰酸酯、改性甲苯二異氰酸酯和甲苯二異氰酸酯的三聚體、二苯基甲烷二異氰酸酯、液化二苯基甲烷二異氰酸酯、多苯基多亞甲基多異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、甲基環(huán)亞己基二異氰酸酯，或者是水可乳化的甲苯二異氰酸酯或多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
4.如權(quán)利要求2所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，其特征在于所述多元醇，是指分子量為300～8000的多元醇聚合物的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，其特征在于所述多元醇聚合物是聚醚多元醇的聚合物，或者聚醚多元醇的聚合物和聚酯多元醇的聚合物的混合物，聚醚多元醇聚合物、聚酯多元醇聚合物的官能度均為2或3。
6.如權(quán)利要求5所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的制備方法，其特征在于所述聚醚多元醇選自聚氧化丙烯醚多元醇、聚氧化乙烯醚多元醇、聚四氫呋喃醚多元醇或者聚氧化丙烯醚-四氫呋喃多元醇。
7.權(quán)利要求1所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用，用于農(nóng)業(yè)剩余物纖維與熱塑性塑料復(fù)合材料的制備中。
8.如權(quán)利要求7所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用，其特征在于聚氨酯界面偶聯(lián)劑常溫下與農(nóng)業(yè)剩余物纖維和熱塑性塑料共混，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)剩余物纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料的預(yù)處理，聚氨酯界面偶聯(lián)劑的用量占農(nóng)業(yè)剩余物纖維重量的0.2～10％。
9.如權(quán)利要求7所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用，其特征在于所述的農(nóng)業(yè)剩余物纖維是指水稻、小麥、玉米或谷子糧食作物，或者是花生、油菜、胡麻或芝麻油料作物，或者是棉花，黃紅麻、苧麻、大麻或亞麻麻類作物，或者是甘蔗或甜菜糖料作物的剩余物，或者是以上一種或兩種以上的農(nóng)業(yè)剩余物的混合物。
10.如權(quán)利要求7所述的聚氨酯界面偶聯(lián)劑的應(yīng)用，其特征在于所述的熱塑性塑料是指低密度或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯中的一種或兩種以上的混合物，熱塑性塑料可以是新塑料或回收塑料、或新塑料與回收塑料的混合物。
全文摘要
一種聚氨酯預(yù)聚物界面偶聯(lián)劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于化學(xué)界面偶聯(lián)劑技術(shù)領(lǐng)域。該偶聯(lián)劑數(shù)均分子量為3000～10000，分散指數(shù)為1.6～2.8，玻璃化溫度按差示掃描量熱法測(cè)定為－80～20℃，是將異氰酸酯和多元醇按游離異氰酸酯基和羥基摩爾比為2∶1～20∶1共混，60～150℃加熱制得的。利用本發(fā)明合成的偶聯(lián)劑對(duì)農(nóng)業(yè)剩余物纖維與熱塑性塑料采用常溫共混的方法預(yù)處理，能顯著改善農(nóng)業(yè)剩余物纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料界面的相容性和界面結(jié)合強(qiáng)度，有效提高該復(fù)合材料的物理以及力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C08L97/00GK1807478SQ20061004201
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者王志玲, 王正, 張書香 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)