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可降解聚氨酯塑料介绍,改性PU你得这样做!

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浏览: 发布日期:2020/8/26 13:29:01【

纤维素/木质素/树皮改性PU

利用纤维素、木质素、甲壳质等合成的生物可降解型高分子材料,由于其原料为可再生资源,又具有完全生物降解性,因此对其应用开发方兴未艾。




以木质素作为合成PU的多元醇,制备了具有高应力和低极限应变的材料。加入18%的聚乙二醇(PEG),以提供软段结构;它与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)反应,则可改善PU的硬度,但它还会与甲苯二异氰酸酯(TDI)反应,所得产物硬度仍很高。


以四氢呋喃为溶剂,木质素、MDI 和聚腿三元醇为原料,室温下聚合8h,所得PU能做成透明且相当均匀的薄膜。当-NCO/-OH为摩尔比1.2,木质素质量分数为10%~15%时,所制得的PU材料物理力学性能(杨氏模量、极限应力、极限应变),比单独用聚醚三元醇作羟基组分合成的材料性能还要好。


以乙氰为溶剂,使异氰酸苯酯和儿茶素在氮气中,温度为30℃的条件下反应24h,根据二者不同的摩尔比得到3种反应产物:互变异构的3'-o-苯氨羰基儿茶素,4'-o-苯氨羰基儿茶素(儿茶素过量),3',4'-二-o-苯氨羰基儿茶素(异氰酸酯过量)。


用植物组分(糖浆、木质素、木粉填料、咖啡末等)填充PU,可以改善其热力学性能和生物降解性。将植物组分分散或溶解于PEG或聚癸二酸乙二醇酯(PES)中,然后在室温下与MDI混合,得预固化物,再经热压制得PU试样。若在加人MDI前先加入增塑剂、表面活性剂和催化剂(二丁基锡-二月桂酸酯),并以水发泡则得PU泡沫。PU的DSC谱图和TG谱图表明,随植物组分质量分数的增加,聚合物的Tg也增大,其物理力学性能也随之增强。当植物组分质量分数达20%时,增强效果最为显著。用土埋法测得PU-植物组分的降解性为:PU-咖啡末9个月后的失重率达5%- 10%,PU-糖浆12个月后的失重率达15%。


木质素、儿茶素等作为可降解的组分被成功地引人PU中,但其提取过程极为复杂。如果直接以含有这些组分的树皮作为羟基组分,则工艺可简单化。将树皮(BK)加工成80目的颗粒,溶解或悬浮于PEG或PES中,在80℃下搅拌5.5h,冷却后加入助剂和二异氰酸酯,并在700r/min下搅拌聚合,制得PU泡沫。随树皮用量的增加,所得PU的抗压强度和弹性成线性增加。而且PU的强度系数随之增加很快,可得到刚性很很强的泡沫(见表)。这种泡沫的生物降解性的试验表明,随树皮含量的增加,失重率增加,弹性亦有所下降。


生物降解用PU泡沫塑料的配制与性能



2单糖或二糖改性PU

有人对葡萄糖/果糖/蔗糖与PEG-MDI的共混体系,作了热力学分析和力学性能测试。该实验以溶于二甘醇的1,4-重氮二环(2, 2, 2)辛烷为催化剂,所用PEG为PEG 200/PEG 400的混合物,在室温下预聚10min后,在120℃下硫化25h。当葡萄糖和果糖质量分数为8%,或果糖质量分数为14%时,可得到延性均匀的薄膜。DSC测试发现,所得PU的Tg随糖组分质量分数的增加而上升,熔点则随之下降。DMA测试还表明,随糖组分含量的增加,储能模量和损耗y因子增加,断裂应力增加,断裂应变降低,说明随糖组分质量分数的增加,所得试样的弹性增加,粘性下降。


3淀粉改性PU

用玉米淀粉对PU进行化学改性,制得高吸水性的泡沫。将TDI和聚醚在三口烧瓶中,于80-90℃反应1- 2h制得预聚体。用二丙胺-盐酸法分析-NCO含量以控制反应。将干燥至恒重的玉米淀粉加入预聚体中,在70-90℃温度下快速搅拌1-2h,得到淀粉-预聚体。在预聚体和淀粉-预聚体的混合物中,加入稀释剂(二甲苯:邻苯二甲酸二丁酯摩尔比为5:1)、水、催化剂和表面活性剂,高速搅拌2-3s,然后倒入模具内发泡,即制得PU泡沫。这种PU泡沫的力学性能,除回弹性有所降低外,其余性能均达到或超过普通PU泡沫的性能。当玉米淀粉质量分数达50%时,吸水能力比不含淀粉的PU泡沫增加近20倍。分析红外图谱知,所生成的聚合物结构为- NHCO- OCH3-淀粉。


向聚醚型PU预聚体中添加改性的木薯醚化淀粉(取代度为0.05-0.07),再经进一步交联可得到PU弹性体。结果表明,木薯醚化淀粉的填充量为6%~30%时,除断裂伸长率外,PU弹性体的力学性能均有明显提高,热老化稳定性亦增强。


以淀粉为多元醇合成生物可降解PU弹性体,所得弹性体随淀粉质量分数和-NCO/- OH摩尔比的增加,交联密度增大;而极限强度随该比值的增加而增大,随淀粉质量分数的增加而下降,所得弹性体均有良好的回弹性。埋在土里1个月后,与不含淀粉的PU弹性体相比,前者的强度损失率达20%-40%,并在表面出现大量霉点,表明具有良好的生物可降解性。


用乳酸改性PU制得的防振材料,所得材料40d后,失重率达50%。