一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵及其制备方法
阅读说明：本技术 一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵及其制备方法 (Non-filler type bio-based degradable polyurethane sponge and preparation method thereof ) 是由 杨洪启 温剑 陈俊铃 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及聚氨酯海绵技术领域,尤其涉及一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵,包含如下质量份的组份：淀粉改性聚醚多元醇40-60份、大豆油多元醇40-60份、表面活性剂2-3份、物理发泡剂0-5份、复合催化剂0.5-3份、水1-4份、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯30-40份,本发明使用生物来源的淀粉改性多元醇及大豆油多元醇为主料,且将聚乳酸多元醇预先与MDI预聚合,从将可降解基团通过化学反应引入到聚氨酯结构中,来达到结构性降解的目的,并解决生物基基团活性低带来的反应效率问题。(The invention relates to the technical field of polyurethane sponge, in particular to non-filler type bio-based degradable polyurethane sponge, which comprises the following components in parts by mass: 40-60 parts of starch modified polyether polyol, 40-60 parts of soybean oil polyol, 2-3 parts of surfactant, 0-5 parts of physical foaming agent, 0.5-3 parts of composite catalyst, 1-4 parts of water and 30-40 parts of polylactic acid modified diphenylmethane diisocyanate.)
技术领域
本发明涉及聚氨酯海绵技术领域，尤其涉及一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵及其制备方法。
背景技术
聚氨酯海绵常应用于沙发、床垫、枕头、汽车座椅等人们生活的方方面面。传统聚氨酯海绵由石油产品制备，由于石油的不可再生性，聚氨酯材料的未来发展将受石油资源减少的制约；石油衍生材料的生产带来的温室气体排放，也是全球关切的生态问题。聚氨酯材料本身的结构导致这种材料本身几乎是不可降解的，随着大量聚氨酯制品使用后的废弃，塑料污染给环境带来巨大的负担。由于聚氨酯优异的可设计性及广泛的的应用，近几十年来，国内外研究人员展开了广泛的研究。但多数专注于聚氨酯功能性的调整，对于生物基可降解聚氨酯材料的研究涉及较少。
CN110698626A通过制备聚丙交酯多元醇作为多元醇主体组分，完成高密度聚氨酯鞋材生物基聚氨酯，但由于聚丙交酯多元醇的活性局限，仅适用于高密度产品且生产效率大打折扣，不适用于低密度聚氨酯海绵。
CN110423483A描述了一种生物基可降解发泡材料及其制备方法，其主要添加各种填料，达到聚氨酯海绵具有降解性，这种方式的降解仅是填料本身的降解，聚氨酯结构降解的问题没有解决。且由于填料的影响，所得聚氨酯海绵的物性差，难以到达市场上对聚氨酯海绵的物性要求。
因此，我们提出了一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵及其制备方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵及其制备方法。
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵，包含如下质量份的组份：淀粉改性聚醚多元醇40-60份、大豆油多元醇40-60份、表面活性剂2-3份、物理发泡剂0-5份、复合催化剂0.5-3份、水1-4份、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯30-40份。
优选的，所述淀粉改性聚醚多元醇的分子量为1500-7000，官能度为3-5。
优选的，所述大豆油多元醇的分子量为800-6000，官能度为1-5，并且其生物质碳含量≥96％。
优选的，所述表面活性剂为有机硅氧烷，表面活性剂为L-5333,B8871，L580,2470,L6900,B-8409,L8002中的一种或多种。
优选的，所述复合催化剂为胺催化剂和有机金属催化剂的一种或多种的搭配，其中有机金属催化剂包括由质量分数为70％的双醚与30％一缩二丙二醇配成的催化剂、含有33％三乙烯二胺的液体催化剂以及辛酸亚锡催化剂。
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯的制备：
a、在100℃、0.08MPA下，将聚乳酸多元醇真空脱水50-70min；
b、通过滴加的方式，滴入80℃的二苯基甲烷二异氰酸酯中，恒温反应1.8-2.2h，直至反应完成；
c、得到聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯；
S2、将淀粉改性聚醚多元醇、大豆油多元醇、表面活性剂、物理发泡剂、复合催化剂、水依次按照配比添加，搅拌至均匀，然后将S1制备的聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯加入；
S3、使用3000rpm/min搅拌器将S2中的所有组分高速混合均匀，混合时间4-5s后，倒入发泡箱自由发泡或使用连续发泡机连续发泡；
S4、经过20-26h的熟化，切割成客制形状，得到非填料类生物基可降解聚氨酯海绵。
优选的，所述聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯NCO含量为25-27％。
本发明的有益效果是：
1、本发明使用生物来源的淀粉改性多元醇及大豆油多元醇为主料，且将聚乳酸多元醇预先与MDI预聚合，从将可降解基团通过化学反应引入到聚氨酯结构中，来达到结构性降解的目的，并解决生物基基团活性低带来的反应效率问题。
2、本发明制备的生物基可降解聚氨酯海绵拉伸强度≥50kpa，断裂伸长率≥120％，永久压缩变形75％≤6，生物基含量≥30％，堆肥法降解效率≥30％，是一种可商业化使用的生物基可降解聚氨酯海绵。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1中
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵，包含如下质量份的组份：淀粉改性聚醚多元醇40份、大豆油多元醇60份、表面活性剂2份、物理发泡剂1份、复合催化剂0.5份、水1份、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯30份。
进一步的，淀粉改性聚醚多元醇的分子量为1500，官能度为3。
进一步的，大豆油多元醇的分子量为800，官能度为1，并且其生物质碳含量≥96％。
进一步的，表面活性剂为有机硅氧烷，表面活性剂为L-5333和B8871。
进一步的，复合催化剂为胺催化剂以及由质量分数为70％的双醚与30％一缩二丙二醇配成的催化剂、含有33％三乙烯二胺的液体催化剂的搭配。
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯的制备：
a、在100℃、0.08MPA下，将聚乳酸多元醇真空脱水50min；
b、通过滴加的方式，滴入80℃的二苯基甲烷二异氰酸酯中，恒温反应1.8h，直至反应完成；
c、得到聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯；
S2、将淀粉改性聚醚多元醇、大豆油多元醇、表面活性剂、物理发泡剂、复合催化剂、水依次按照配比添加，搅拌至均匀，然后将S1制备的聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯加入；
S3、使用3000rpm/min搅拌器将S2中的所有组分高速混合均匀，混合时间4s后，倒入发泡箱自由发泡或使用连续发泡机连续发泡；
S4、经过20h的熟化，切割成客制形状，得到非填料类生物基可降解聚氨酯海绵。
进一步的，聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯NCO含量为25％。
实施例2中
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵，包含如下质量份的组份：淀粉改性聚醚多元醇50份、大豆油多元醇50份、表面活性剂2.5份、物理发泡剂2份、复合催化剂2份、水3份、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯35份。
进一步的，淀粉改性聚醚多元醇的分子量为4000，官能度为4。
进一步的，大豆油多元醇的分子量为4000，官能度为3，并且其生物质碳含量≥96％。
进一步的，表面活性剂为有机硅氧烷，表面活性剂为L580,2470,L6900、B-8409和L8002。
进一步的，复合催化剂为胺催化剂和含有33％三乙烯二胺的液体催化剂以及辛酸亚锡催化剂搭配。
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯的制备：
a、在100℃、0.08MPA下，将聚乳酸多元醇真空脱水60min；
b、通过滴加的方式，滴入80℃的二苯基甲烷二异氰酸酯中，恒温反应2h，直至反应完成；
c、得到聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯；
S2、将淀粉改性聚醚多元醇、大豆油多元醇、表面活性剂、物理发泡剂、复合催化剂、水依次按照配比添加，搅拌至均匀，然后将S1制备的聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯加入；
S3、使用3000rpm/min搅拌器将S2中的所有组分高速混合均匀，混合时间4.5s后，倒入发泡箱自由发泡或使用连续发泡机连续发泡；
S4、经过24h的熟化，切割成客制形状，得到非填料类生物基可降解聚氨酯海绵。
进一步的，聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯NCO含量为26％。
实施例3中
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵，包含如下质量份的组份：淀粉改性聚醚多元醇60份、大豆油多元醇40份、表面活性剂3份、物理发泡剂5份、复合催化剂3份、水4份、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯40份。
进一步的，淀粉改性聚醚多元醇的分子量为7000，官能度为5。
进一步的，大豆油多元醇的分子量为6000，官能度为5，并且其生物质碳含量≥96％。
进一步的，表面活性剂为有机硅氧烷，表面活性剂为L580、2470和L6900。
进一步的，复合催化剂为胺催化剂和质量分数为70％的双醚与30％一缩二丙二醇配成的催化剂、含有33％三乙烯二胺的液体催化剂以及辛酸亚锡催化剂搭配。
一种非填料类生物基可降解聚氨酯海绵的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯的制备：
a、在100℃、0.08MPA下，将聚乳酸多元醇真空脱水70min；
b、通过滴加的方式，滴入80℃的二苯基甲烷二异氰酸酯中，恒温反应1.8-2.2h，直至反应完成；
c、得到聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯；
S2、将淀粉改性聚醚多元醇、大豆油多元醇、表面活性剂、物理发泡剂、复合催化剂、水依次按照配比添加，搅拌至均匀，然后将S1制备的聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯加入；
S3、使用3000rpm/min搅拌器将S2中的所有组分高速混合均匀，混合时间5s后，倒入发泡箱自由发泡或使用连续发泡机连续发泡；
S4、经过26h的熟化，切割成客制形状，得到非填料类生物基可降解聚氨酯海绵。
进一步的，聚乳酸改性二苯基甲烷二异氰酸酯NCO含量为27％。
根据实施例1-3得到到的非填料类生物基可降解聚氨酯海绵对其性能进行检测，检测结果如下：
根据上表可知，制备的非填料类生物基可降解聚氨酯海绵的物性优良。而且从堆肥法测试结果可以看出，生物基参加反应生成的海绵自身降解充分，同时破坏了海绵的网状结构，可使得海绵自身分解。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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