专利名称：作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫复合材料及其制备方法。
技术背景泡沫是人们生产生活中的一种不可或缺的材料，涉及人们生产生活和科 学技术发展的方方面面。然而，合成泡沫材料的生产依赖于贮量有限、不可 再生的石油资源，随着石油资源的日益消耗，合成高分子材料将会逐渐出现 资源危机。为此，为了人类的可持续发展，石油资源形势迫使人们不断地寻 找和应用新的、可再生的替代材料。作物秸秆作为一类重要的生物质基材料具有产量丰富、可再生以及生物 降解、环境友好等特性，是未来替代或部分替代以石油资源为原材料的合成高分子材料的重要资源。我国的作物秸秆年产量就超过40亿吨，然而丰富的 作物秸秆资源并未得到充分和有效利用。除少部分作物秸秆用作动物饲料、 堆肥、手工艺品等用途的原料外，大多数作物秸秆或者作物秸秆组分都被丢 弃或焚烧，致使大量的植物纤维资源白白浪费了。近年来，人们对利用作物 秸秆资源为原料发展生物质材料、生物质能源等生物质产业倍受关注。 发明内容本发明的目的是为了解决现有制备聚氨酯泡沫的资源短缺、秸秆利用率 低的问题，提供了一种作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料及其制备方法。本发明作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数主要由50 100份作物 秸秆、5 40份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.04 0.8份水、0.03 0.4份 发泡催化剂、0.05 0.6份泡沫稳定剂和0.01 8份发泡剂制成。本发明作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数还包括0.01 14.5份聚 醚多元醇，聚醚多元醇是聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二 醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙 烯共聚二醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四 氢呋喃-氧化丙烯共聚三醇。本发明所述的作物秸秆是稻秸、麦秸、玉米秸、高粱秆、大豆秆、绿豆 秆、蚕豆秆、豌豆秆，甘薯藤、马铃薯藤、红薯藤、花生秆、油菜秆、芝麻 秆、胡麻秆，红麻秆、黄麻秆、大麻秆、亚麻秆、棉花秆、甘蔗秆、烟草秆和瓜果秆中的一种或其中几种的组合；所述的多异氰酸酯是多亚甲基多苯基 多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异 氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯和4，4-二环己基甲烷 二异氰酸酯中的一种或其中几种的组合；所述的异氰酸酯预聚体是由酯基与 羟基的摩尔比为Ll 15: 1的多元醇与多异氰酸酯混合物在30 90°C反应 0.5 3h得到的，其中多元醇是聚醚多元醇或聚酯多元醇；所述的发泡催化剂 是三乙烯二胺、双-(二甲氨基乙基)醚、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、N-甲基 吗啡啉、N-乙基吗啡啉、N，N-二甲基环己胺、N,N-二甲基哌嗪、五甲基三乙 烯二胺、二吗啉二乙基醚、四甲基乙二胺、辛酸亚锡和二丁基锡二月桂酸酯 中的一种或其中几种的组合；所述的泡沬稳定剂是硅油或改性硅油；所述的 发泡剂是二氯甲烷、三氯甲垸、丙酮或戊垸。本发明作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料的制备方法如下 一、将50 100 重量份长度为30mm以下的作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，使碎料 的体积压縮减少1% 20%，固定压缩后的体积；二、室温下在成型机的发泡 箱内，按重量份数加入5 40份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.04 0.8份 水、0.03 0.4份发泡催化剂、0.05 0.6份泡沬稳定剂和0.01 8份发泡剂搅 拌制成混合物；三、将步骤一中盛放秸秆碎料的成型模具与步骤二中的发泡 箱对接密封，并调节成型模具底部的纱网刚好接触发泡箱中混合物的顶部， 发泡反应1 30min后，在室温下放置陈化1 24h，在成型模具内即得作物 秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其中步骤二中在成型机的发泡箱内按重量份数添 加了 0.01 14.5份聚醚多元醇，聚醚多元醇是聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯 三醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三 醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚二醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚三醇。其中步骤二中由水、发泡 催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂和多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体搅拌制成混合 物就是发泡聚氨酯，其最终的反应产物是聚氨酯泡沫；步骤三中发泡箱内的发泡聚氨酯泡沬借助于自身的发泡膨胀力，使聚氨酯泡沫不断膨胀进入成型 机的成型模具内、填充作物秸秆碎料内的所有空隙，并将秸秆碎料黏合在一 起。本发明的作物秸秆-聚氨酯泡沬复合材料及其制造方法，可使作物秸秆被 充分的利用的同时代替石油来制备高分子泡沫。本发明制备的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料因为含有50% 90%作物秸秆这种植物纤维含量丰富、可生 物降解的材料，因而具有良好的缓冲性、弹性、强度、隔热性和可切割性， 并且能保护环境，因此能够替代聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫等合成高分子泡 沫材料，作为包装材料、缓冲衬垫材料、吸音板、建筑墙体材料和隔热材料， 应用领域十分广泛。
具体实施方式
具体实施方式
一本发明作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数主要由50 100份作物秸秆、5 40份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.04 0.8 份水、0.03 0.4份发泡催化剂、0.05 0.6份泡沫稳定剂和0.01 8份发泡剂制成。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是作物秸秆-聚氨 酯泡沫复合材料按重量份数还包括0.01 14.5份聚醚多元醇，聚醚多元醇是 聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚 四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚二醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚三 醇。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的作物秸 秆是稻秸、麦秸、玉米秸、高粱秆、大豆秆、绿豆秆、蚕豆秆、豌豆秆，甘 薯藤、马铃薯藤、红薯藤、花生秆、油菜秆、芝麻秆.、胡麻秆，红麻秆、黄 麻秆、大麻秆、亚麻秆、棉花秆、甘蔗秆、烟草秆和瓜果秆中的一种或其中 几种的组合。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式作物秸秆为组合物时，各种组合物之间按任意比组合。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的多异氰酸酯是多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯和4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或其中几种的组合。其它与具体 实施方式一相同。本实施方式多异氰酸酯为组合物时，各种组合物之间按任意比组合。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的异氰酸酯预聚体是由酯基与羟基的摩尔比为1.1 15: 1的多元醇与多异氰酸酯混合 物在30 M°C反应0.5 3h得到的，其中多元醇是聚醚多元醇或聚酯多元醇， 其中多元醇是聚醚多元醇或聚酯多元醇，聚醚多元醇是聚氧化乙烯二醇、聚 氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚四 氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚二醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四 氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚'三醇或市售的用于生产聚 氨酯的聚醚多元醇；聚酯多元醇是聚己二酸乙二醇酯、聚己1， 4-二酸丁二醇 酯、聚己二酸1， 3-丁二醇酯聚己二酸、聚己二酸二乙二醇酯、聚己二酸戊二 醇酯、聚己二酸三羟甲基丙烷酯或聚己二酸甘油酯。其它与具体实施方式
一 相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的作物秸 秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于所述的发泡催化剂是三乙烯二胺、双-(二甲氨基乙基)醚、三乙醇胺、二甲基乙瞎胺、N-甲基吗啡啉、N-乙基吗 啡啉、N,N-二甲基环己胺、N,N-，二甲基哌嗪、五甲基三乙烯二胺、二吗啉二 乙基醚、四甲基乙二胺、辛酸亚锡和二丁基锡二月桂酸酯中的一种或其中几 种的组合。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式发泡催化剂为组合物时，各种组合物之间按任意比组合。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的泡沬稳 定剂是硅油或改性硅油。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的发泡剂是二氯甲垸、三氯甲烷、丙酮或戊烷。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施.方式一不同的是作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数包括.51 70份作物秸秆、6 20份多异氰酸酯或 异氰酸酯预聚体、0.05 0.7份水、0.04 0.2份发泡催化剂、0.06 0.3份泡沫稳定剂和0.02 4份发泡剂制成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一不同的是作物秸秆-聚氨 酯泡沫复合材料按重量份数包括71 99份作物秸秆、21 39份多异氰酸酯 或异氰酸酯预聚体、0.75 0.79份水、0.21 0.39份发泡催化剂、0.31 0.59 份泡沫稳定剂和4.1 7.9份发泡剂制成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一不同的是作物秸秆-聚 氨酯泡沫复合材料按重量份数包括90份作物秸秆、20份多异氰酸酯或异氰 酸酯预聚体、9份聚醚多元醇、0.25份水、0.1份三乙烯二胺催化剂、0.3份 聚醚改性硅油泡沫稳定剂和5份二氯甲烷发泡剂制成。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一不同的是作物秸秆-聚 氨酯泡沫复合材料按重量份数包括80份作物秸秆、10份二苯基甲垸-4,4-二异 氰酸酯、4份聚醚多元醇、0.15份水、0.06份二甲基乙醇胺催化剂、0.15份 聚醚改性硅油泡沫稳定剂和1.5份戊烷发泡剂制成。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一不同的是作物秸秆-聚 氨酯泡沫复合材料按重量份数包括49份作物秸秆、40份异氰酸酯预聚体、 14份聚醚多元醇、0.8份水、0.3份DABCOBL-ll聚氨酯发泡催化剂、0.5份 聚醚改性硅油泡沫稳定剂、5份FHC-2000聚氨酯发泡剂制成。
具体实施方式
十四本实施方式中作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料的制备 方法如下 一、将50 100重量份长度为30mm以下的作物秸秆碎料放在成 型机的成型模具内，使碎料的体积压縮减少1% 20%，固定压縮后的体积； 二、室温下在成型机的发泡箱内，按重量份数加入5 40份多异氰酸酯或异 氰酸酯预聚体、0.04 0.8份水、0.03 0.4份发泡催化剂、0.05 0.6份泡沫 稳定剂和0.01 8份发泡剂搅拌制成混合物；三、将步骤一中盛放秸秆碎料 的成型模具与步骤二中的发泡箱对接密封，并调节成型模具底部的纱网刚好 接触发泡箱中混合物的顶部，发泡反应l 30min后，在室温下放置陈化1 2化，在成型模具内即得作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料。本实施方式步骤二中由水、发泡催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂和多异氰 酸酯或异氰酸酯预聚体搅拌制成混合物就是发泡聚氨酯，其最终的反应产物 是聚氨酯泡沫；本实施方式步骤三中发泡箱内的聚氨酯泡沫借助于自身的发泡膨胀力，使聚氨酯泡沫不断膨胀进入成型机的成型模具内、填充作物秸秆 碎料内的所有空隙，并将秸秆碎M黏合在一起。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤二中 在成型机的发泡箱内按重量份数添加了 0.01 14.5份聚醚多元醇，聚醚多元 醇是聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、 聚四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚二醇、氧化乙烯 -氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚 三醇。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 碎料的体积不减少。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 将51 70重量份作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，步骤二中加入6 20份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.05 0.7份水、0.04 0.2份发泡催化 剂、0.06 0.3份泡沫稳定剂和0.02 4份发泡剂。其它与具体实施方式
十四 相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 将71 99重量份作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，步骤二中加入21 39份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.75 0.79份水、0.21 0.39份发泡催 化剂、0.31 0.59份泡沫稳定剂和4.1 7.9份发泡剂。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 将90重量份作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，步骤二中加入20份多 异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、9份聚醚多元醇、0.25份水、O.l份三乙烯二胺 催化剂、0.3份聚醚改性硅油泡沫稳定剂和5份二氯甲烷发泡剂。其它与具体 实施方式十四相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 将80重量份作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，步骤二中加入10份二 苯基甲烷-4，4-二异氰酸酯、4份聚醚多元醇、0:15份水、0.06份二甲基乙醇胺 催化剂、0.15份聚醚改性硅油泡'沫稳定剂和1.5份戊烷发泡剂。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一 中将49重量份作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，步骤二中加入40份 异氰酸酯预聚体、14份聚醚多元醇、0.8份水、0.3份DABCOBL-ll聚氨酯 发泡催化剂、0.5份聚醚改性硅油泡沫稳定剂、.5份FHC-2000聚氨酯发泡剂。 其它与具体实施方式
十四相同。本实施方式中所用的DABCO BL-ll聚氨酯发泡催化剂是生产聚氨酯泡 沫用的市售发泡催化剂产品，FHC-2000聚氨酯发泡剂是生产聚氨酯泡沫用的 市售发泡剂产品。
权利要求
1、一种作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数主要由50～100份作物秸秆、5～40份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.04～0.8份水、0.03～0.4份发泡催化剂、0.05～0.6份泡沫稳定剂和0.01～8份发泡剂制成。
2、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料按重量份数还包括0.01 14.5份聚醚多元醇， 聚醚多元醇是聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化 丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚二醇、 氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四氢呋喃-氧化 丙烯共聚三醇。
3、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的作物秸秆是稻秸、麦秸、玉米秸、高粱秆、大豆秆、绿豆秆、蚕豆秆、 豌豆秆，甘薯藤、马铃薯藤、红薯藤、花生秆、油菜秆、芝麻秆、胡麻秆， 红麻秆、黄麻秆、大麻秆、亚麻秆、棉花秆、甘蔗秆、烟草秆和瓜果秆中的 一种或其中几种的组合。
4、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的多异氰酸酯是多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基 甲烷-4，4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环 己基二异氰酸酯和4,4-二环己基甲垸二异氰酸酯中的一种或其中几种的组合。
5、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的异氰酸酯预聚体是由酯基与羟基的摩尔比为Ll 15: 1的多元醇与多 异氰酸酯混合物在30 90°C反应0.5 3h得到的，其中多元醇是聚醚多元醇 或聚酯多元醇。
6、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的发泡催化剂是三乙烯二胺、双-(二甲氨基乙基)醚、三乙醇胺、二甲 基乙醇胺、N-甲基吗啡啉、N-乙基吗啡啉、N，N-二甲基环己胺、N,N-二甲基 哌嗪、五甲基三乙烯二胺、二吗啉二乙基醚、四甲基乙二胺、辛酸亚锡和二丁基锡二月桂酸酯中的一种或其中几种的组合。
7、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的泡沬稳定剂是硅油或改性硅油。
8、 根据权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于 所述的发泡剂是二氯甲垸、三氯甲烷、丙酮或戊烷。
9、 制备权利要求1所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料的方法，其特 征在于作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料的制备方法如下 一、将50 100重量 份长度为30mm以下的作物秸秆碎料放在成型机的成型模具内，使碎料的体 积压縮减少1% 20%，固定压縮后的体积；二、室温下在成型机的发泡箱内， 按重量份数加入5 40份多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、0.04 0.8份水、 0.03 0.4份发泡催化剂、0.05 0.6份泡沫稳定剂和0.01 8份发泡剂搅拌制 成混合物；'三、将步骤一中盛放秸秆碎料的成型模具与步骤二中的发泡箱对 接密封，并调节成型模具底部的纱网刚好接触发泡箱中混合物的顶部，发泡 反应l 30min后，在室温下放置陈化1 24h，在成型模具内即得作物秸秆-聚氨酯泡沬复合材料。
10、 根据权利要求9所述的作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料的制备方法， 其特征在于步骤二中在成型机的发泡箱内按重量份数添加了 0.01 14.5份聚 醚多元醇，聚醚多元醇是聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯二 醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚四氢呋喃三醇、氧化乙烯-氧化丙 烯共聚二醇、氧化乙烯-氧化丙烯共聚三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇或四 氢呋喃-氧化丙烯共聚三醇。
全文摘要
作物秸秆-聚氨酯泡沫复合材料及其制备方法，它涉及一种泡沫复合材料及其制备方法。本发明解决了现有制备聚氨酯泡沫的资源短缺、秸秆利用率低的问题。本发明主要由作物秸秆、多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、水、发泡催化剂、泡沫稳定剂和发泡剂制成。本发明制备方法将盛放秸秆碎料的成型模具与加入多异氰酸酯或异氰酸酯预聚体、水、发泡催化剂、泡沫稳定剂和发泡剂搅拌制成混合物的发泡箱对接密封，发泡反应1～30min，借助发泡膨胀力，使聚氨酯泡沫填充秸秆碎料内的所有空隙，并将碎料黏合在一起，再于室温下放置陈化1～24h。本发明使作物秸秆被充分的利用。本发明材料具有良好的缓冲性、强度、隔热性和可切割性，并且能保护环境。
文档编号C08L75/08GK101250329SQ20081006428
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者邸明伟, 高振华 申请人:东北林业大学