本發(fā)明屬于高分子功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)展越來(lái)越發(fā)達(dá)，作為不可再生資源的石化原料供應(yīng)日趨緊張，尋找石化資源的替代物，早已迫在眉睫。植物油廣泛分布與世界各地，廉價(jià)易得，又是可再生資源，可以緩解石油資源的緊張。經(jīng)過(guò)各國(guó)科學(xué)家多年的不斷研究，以植物油基多元醇代替部分石油基多元醇來(lái)制備聚氨酯泡沫已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)。

聚氨酯泡沫作為新型高分子材料，具有良好的隔音效果、隔熱性能、熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，也將被逐漸開(kāi)發(fā)應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。目前，聚氨酯泡沫的研究熱點(diǎn)主要集中在兩方面：一是以植物油多元醇替代石油基多元醇減少對(duì)石油資源的依賴(lài)；二是以加入填料的方式來(lái)加強(qiáng)聚氨酯泡沫的可降解性能，減少其對(duì)環(huán)境的污染，但至今未有以植物油基多元醇替代部分石油基多元醇，以甘蔗渣作為填料來(lái)制備無(wú)毒無(wú)污染的聚氨酯泡沫的報(bào)道。同時(shí)，傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫制備過(guò)程中通常需要加入各種催化劑、勻泡劑、表面活性劑和發(fā)泡劑等化學(xué)試劑，其中不少化學(xué)試劑，如鉛錫類(lèi)催化劑有毒，如氯氟烴類(lèi)發(fā)泡劑會(huì)造成臭氧層破壞，因此，開(kāi)發(fā)一種對(duì)環(huán)境友好、無(wú)毒無(wú)污染的聚氨酯泡沫制備方法具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供通過(guò)所述的方法制備的甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料，相比不加甘蔗渣的大豆油基聚氨酯泡沫，有更好的降解性能。

本發(fā)明的又一目的在于提供所述甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將多元醇A和甘蔗渣攪拌均勻，得到混合液I；其中，多元醇A為植物油基多元醇和石油基多元醇按質(zhì)量比1:1配比得到；

(2)將水加入到步驟(1)得到的混合液I中，攪拌后靜置，得到混合液II；

(3)將異氰酸酯加入到步驟(2)得到的混合液II中，攪拌后靜置，得到甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料。

其中，異氰酸酯和多元醇的用量按NCO基團(tuán)和羥基的摩爾比值為1:1～1.2計(jì)算，更優(yōu)選為1.2。

步驟(1)中所述的甘蔗渣的添加量相當(dāng)于所述的多元醇A質(zhì)量的0.1～1％(w/w)。

步驟(1)中所述的甘蔗渣為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的甘蔗渣，其預(yù)處理過(guò)程如下：將制糖后的甘蔗渣，除髓至含髓量低于1％；然后將除髓后的甘蔗渣用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的氫氧化鈉溶液清洗，再用清水洗凈，最后干燥并粉碎至粒徑為100目，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的甘蔗渣。

所述的除髓優(yōu)選通過(guò)篩孔為7～8mm的除髓機(jī)除髓。

所述的除髓的次數(shù)優(yōu)選為2次。

步驟(1)中所述的植物油基多元醇為菜籽油基多元醇、蓖麻油基多元醇、棕櫚油基多元醇、橄欖油基多元醇、大豆油基多元醇、黃連木油基多元醇和麻風(fēng)樹(shù)油基多元醇中的一種或至少兩種；優(yōu)選為大豆油基多元醇。

步驟(1)中所述的攪拌優(yōu)選為用玻璃棒進(jìn)行攪拌。

步驟(2)中所述的水優(yōu)選為蒸餾水。

步驟(2)中所述的水的添加量相當(dāng)于所述的多元醇A質(zhì)量的0.3％～0.45％(w/w)，優(yōu)選為0.375％。

步驟(2)中所述的攪拌的時(shí)間優(yōu)選為5min。

步驟(2)中所述的靜置的時(shí)間優(yōu)選為2min，用以去除混合液中的氣泡。

步驟(3)中所述的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯，優(yōu)選為多亞甲基多苯基異氰酸酯PM-200。

步驟(3)中所述的靜置優(yōu)選為放置于通風(fēng)櫥中靜置，待其干燥熟化即可。

一種甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料，通過(guò)上述任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

所述的甘蔗渣植物油基聚氨酯泡沫材料在建筑保溫材料、民用家具、隔音材料、隔熱材料、工業(yè)管道和儲(chǔ)罐的保溫夾層中的應(yīng)用。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明采用大豆油基多元醇替代部分石油基多元醇，不再完全依賴(lài)于石油資源，減少了對(duì)石化資源的使用，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)不可再生資源的使用，符合可持續(xù)發(fā)展的主題。大豆油和甘蔗渣均廉價(jià)易得，來(lái)源廣泛，故也可滿(mǎn)足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時(shí)，本發(fā)明只采用水作為發(fā)泡劑和催化劑，沒(méi)有添加其他催化劑(如鉛錫類(lèi)催化劑)、勻泡劑、表面活性劑、發(fā)泡劑等化學(xué)反應(yīng)試劑制備聚氨酯泡沫，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，成本低，綠色環(huán)保。

2、以大豆油基多元醇替代部分石油基多元醇來(lái)制備聚氨酯泡沫，擁有比傳統(tǒng)聚氨酯泡沫更好的熱穩(wěn)定性，但是同時(shí)也存在同一個(gè)問(wèn)題，即降解性的問(wèn)題；甘蔗渣來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，屬于可再生資源，生物可降解，且通過(guò)預(yù)處理后，表面有大量的活性羥基，能夠參與聚氨酯泡沫的合成，同時(shí)能更好地改善聚氨酯泡沫的可降解性能。

3、本發(fā)明制備的聚氨酯泡沫材料可廣泛應(yīng)用于建筑保溫材料、民用家具、隔音材料、隔熱材料、工業(yè)管道及儲(chǔ)罐的保溫夾層等方面。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡放大的倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖2是實(shí)施例2中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡的放大倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖3是實(shí)施例3中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡的放大倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖4是實(shí)施例4中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡的放大倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖5是實(shí)施例5中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡的放大倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖6是實(shí)施例6中得到的聚氨酯泡沫材料的掃描電鏡圖，其中，a～d表示掃描電鏡的放大倍數(shù)分別為50倍、100倍、1000倍和5000倍。

圖7是聚氨酯泡沫材料的紅外光譜圖；其中，a～f分別表示加入了占多元醇總質(zhì)量0％、0.1％、0.25％、0.5％、0.75％、1％的甘蔗渣。

圖8是聚氨酯泡沫材料的熱重分析圖；其中，a～f分別表示加入了占多元醇總質(zhì)量0％、0.1％、0.25％、0.5％、0.75％、1％的甘蔗渣；其中，圖A為樣品質(zhì)量百分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線(xiàn)，圖B為失重率隨溫度變化的曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

1、在實(shí)例中使用的基本原料參數(shù)如下：

兩種多元醇的參數(shù)

多異氰酸酯中異氰酸酯基團(tuán)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.2％～32.0％(實(shí)例中均按30.2％計(jì)算)。

2、在實(shí)例中的甘蔗渣為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的甘蔗渣，預(yù)處理過(guò)程如下：將制糖廠的甘蔗渣，先經(jīng)過(guò)篩孔為7-8mm的除髓機(jī)兩次除髓使甘蔗渣的含髓量低于1％，將除髓后的甘蔗渣用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的氫氧化鈉溶液清洗，然后用清水洗凈，最后干燥并粉碎至粒徑為100目，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的甘蔗渣。

實(shí)施例1

1、稱(chēng)取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0g(即占多元醇總質(zhì)量的0％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水(作為發(fā)泡劑和催化劑)加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II；

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯的指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

實(shí)施例2

1、稱(chēng)取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0.04g(即占多元醇總質(zhì)量的0.1％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II；

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

實(shí)施例3

1、稱(chēng)取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0.1g(即占多元醇總質(zhì)量的0.25％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II；

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

實(shí)施例4

1、稱(chēng)取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0.2g(即占多元醇總質(zhì)量的0.5％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II；

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

實(shí)施例5

1、稱(chēng)取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0.3g(即占多元醇總質(zhì)量的0.75％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II；

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

實(shí)施例6

1、稱(chēng)取質(zhì)量比1:1的大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g，分別置于兩個(gè)潔凈的塑料杯中。再稱(chēng)取質(zhì)量0.4g(即占多元醇總質(zhì)量的1％)甘蔗渣。將兩種多元醇和甘蔗渣混合在一起，用干燥的玻璃棒攪拌均勻，得到混合液I；

2、同時(shí)用移液槍量取150μl的蒸餾水，即0.15克水(占多元醇總質(zhì)量的0.375％)。將量取的蒸餾水加入混合液I中，快速攪拌5min，攪拌均勻后靜置2分鐘去氣，得到混合液II。

3、采用的異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯(PM-200)，異氰酸酯指數(shù)為1.2，計(jì)算并稱(chēng)取異氰酸酯的質(zhì)量33.38g。將異氰酸酯加入混合液II中，快速攪拌，使其混合均勻后，靜置于通風(fēng)櫥中，待其自然干燥熟化即可，得到聚氨酯泡沫。

效果實(shí)施例1

為了進(jìn)一步探索聚氨酯泡沫的結(jié)構(gòu)和性能，利用掃描電鏡、紅外光譜儀和熱重分析儀對(duì)上述實(shí)施例中得到的聚氨酯泡沫進(jìn)行分析。

1、實(shí)施例1～6得到的聚氨酯泡沫的橫切面在掃描電鏡下觀察到的宏觀和微觀的結(jié)構(gòu)如圖1～6所示，50倍和100倍的SEM圖(即每組的前兩個(gè)圖)表示聚氨酯的宏觀結(jié)構(gòu)，1000倍和5000倍(即每組的后兩張圖)表示聚氨酯泡沫的微觀形貌結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)的是聚氨酯泡沫孔壁上的結(jié)構(gòu)。

從圖1～6中的一系列宏觀圖片可以看出，所有的泡孔均是閉孔結(jié)構(gòu)。觀察每組的微觀圖，不難發(fā)現(xiàn)，孔壁上均有小孔，且添加了甘蔗渣的樣品(圖2～6)孔壁上的小孔數(shù)量明顯比未添加甘蔗渣(圖1)的多，而且孔徑也略大，孔徑增大，表明聚氨酯泡沫的密度減小，聚氨酯泡沫的保溫效果更好。

2、實(shí)施例1～6得到的聚氨酯泡沫的紅外光譜數(shù)據(jù)(FT-IR)如圖7所示，采用FTIR-1600型紅外光譜儀，目的是表征原料和樣品所具有的官能團(tuán)，光譜范圍為4000～400cm^-1。

從圖中可以看出，在波長(zhǎng)3306cm^-1、1739cm^-1、1525cm^-1處出現(xiàn)了峰即說(shuō)明成功制備出了聚氨酯泡沫。加填料甘蔗渣和未加甘蔗渣的聚氨酯泡沫顯示出的譜圖基本相似，說(shuō)明填料甘蔗渣的加入，并未破壞聚氨酯的結(jié)構(gòu)。

3、實(shí)施例1～6得到的聚氨酯泡沫的熱重分析圖如圖8所示，采用的是美國(guó)TA公司的熱重分析儀，型號(hào)是SDT Q600，用于表征樣品的熱穩(wěn)定性以及最大熱失重速率溫度。

從圖中可以看出，甘蔗渣的加入并未影響生物基聚氨酯泡沫熱降解的基本機(jī)制，但另一方面，提高了聚氨酯泡沫的熱穩(wěn)定性。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。