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)展越來越發(fā)達，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，廉價易得，又是可再生資源，可以緩解石油資源的緊張。經(jīng)過各國科學(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制備聚氨酯泡沫已經(jīng)成功實現(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)、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，也將被逐漸開發(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石油資源的依賴；二是以加入填料的方式來加強聚氨酯泡沫的可降解性能，減少其對環(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制備無毒無污染的聚氨酯泡沫的報道。同時，傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫制備過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，如鉛錫類催化劑有毒，如氯氟烴類發(fā)泡劑會造成臭氧層破壞，因此，開發(fā)一種對環(huán)境友好、無毒無污染的聚氨酯泡沫制備方法具有重要意義。

技術(shù)實現(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)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(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基團和羥基的摩爾比值為1:1～1.2計算，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)過預(yù)處理的甘蔗渣，其預(yù)處理過程如下：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)量分數(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)過預(yù)處理的甘蔗渣。

所述的除髓優(yōu)選通過篩孔為7～8mm的除髓機除髓。

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)中所述的攪拌的時間優(yōu)選為5min。

步驟(2)中所述的靜置的時間優(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，通過上述任一項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)管道和儲罐的保溫夾層中的應(yīng)用。

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

1、本發(fā)明采用大豆油基多元醇替代部分石油基多元醇，不再完全依賴于石油資源，減少了對石化資源的使用，同時減少了對環(huán)境的污染以及對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易得，來源廣泛，故也可滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時，本發(fā)明只采用水作為發(fā)泡劑和催化劑，沒有添加其他催化劑(如鉛錫類催化劑)、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，但是同時也存在同一個問題，即降解性的問題；甘蔗渣來源廣泛，價格低廉，屬于可再生資源，生物可降解，且通過預(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)管道及儲罐的保溫夾層等方面。

附圖說明

圖1是實施例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)量百分數(shù)隨溫度變化的曲線，圖B為失重率隨溫度變化的曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

1、在實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的質(zhì)量分數(shù)為30.2％～32.0％(實例中均按30.2％計算)。

2、在實例中的甘蔗渣為經(jīng)過預(yù)處理的甘蔗渣，預(yù)處理過程如下：將制糖廠的甘蔗渣，先經(jīng)過篩孔為7-8mm的除髓機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)量分數(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)過預(yù)處理的甘蔗渣。

實施例1

1、稱取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

實施例2

1、稱取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

實施例3

1、稱取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

實施例4

1、稱取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

實施例5

1、稱取大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g(質(zhì)量比1:1)，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

實施例6

1、稱取質(zhì)量比1:1的大豆油基多元醇與石油基多元醇各20g，分別置于兩個潔凈的塑料杯中。再稱取質(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，計算并稱取異氰酸酯的質(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。

效果實施例1

為了進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上述實施例中得到的聚氨酯泡沫進行分析。

1、實施例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，光譜范圍為4000～400cm^-1。

從圖中可以看出，在波長3306cm^-1、1739cm^-1、1525cm^-1處出現(xiàn)了峰即說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，說明填料甘蔗渣的加入，并未破壞聚氨酯的結(jié)構(gòu)。

3、實施例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TA公司的熱重分析儀，型號是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制，但另一方面，提高了聚氨酯泡沫的熱穩(wěn)定性。

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