生质多元醇组合物与生质聚氨酯发泡材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种生质多元醇组合物与生质聚氨酯发泡材料。
【背景技术】
[0002] 石油原料储存及供应量不足的忧虑，导致石化价格飚涨以及石化原料来源不足的 问题日益严重，并且在石化产品生产、使用及废弃销毁过程中，也产生大量污染物造成许多 环境的问题，因此世界先进国家都将植物型的生质材料列为极力发展项目，未来将取代石 化原料成为重要的关键工业原料。在自然界中，木质素（lignin)的储量仅次于纤维素，全 球每年约有500亿吨产量，储量丰富且成本低廉的木质素具有极大商机，再加上木质素具 有多芳香环结构机械性质与耐化性好，非常适合用来开发生质复合材料，但目前国际开发 生质材料如木质素应用于高分子复合材料仍然十分有限，主要归因于木质素 OH官能基与 苯环结构多，分子作用力如氢键作用力与π-π吸引力强，导致木质素于高分子基材中不 易分散，造成添加量越多机械性质反而越差，唯有使木质素在高分子基材中能均匀分散，才 能有效提升生质复合材料的机械性质并降低成本，因此木质素的混合分散与改质技术成为 目前国内产业最迫切需要建立的关键技术之一。
[0003] 目前木质素应用于高分子复合材料的开发仍然十分有限。若将木质素直接与多元 醇混合并进行发泡，由于木质素在聚氨酯（polyurethane, PU)中分散性与稳定性不好，造 成添加量越多压缩强度则越差的结果。就磺酸盐木质素而言，可以离子交换方式改质木质 素后溶解于多元醇中进行发泡，然而以离子交换方式改质木质素相对大幅提高木质素的成 本。因此极大程度局限了这项技术。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种生质多元醇组合物，该组合物至少包括多元醇以及表面改质木质 素。其中该表面改质木质素是以改质剂包覆或吸附于木质素表面而形成，该改质剂是通过 物理性键结包覆或吸附至该木质素。其中该木质素粒径介于1~IOOym之间。
[0005] 本发明也提供一种生质聚氨酯发泡材料，其中所述生质聚氨酯发泡包括占其总重 0. 1~50wt%含量的木质素，该表面改质木质素粒径介于1~100 μ m之间。
[0006] 为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细 说明如下。
【附图说明】
[0007] 图1是未改质的纯木质素与表面改质的木质素的热重分析图谱。
[0008] 图2是未改质木质素、改质木质素与改质剂的傅立叶变换红外线光谱图。
[0009] 图3显示本发明实施例的木质素 PU发泡材料的电子显微镜图。
[0010] 图4是本发明实施例的木质素 PU发泡材料总热释放量（THR)与纯石化原料PU发 泡材料总热释放量的比较图。
【具体实施方式】 toon] 本发明提出一种生质多元醇组合物、生质聚氨酯发泡材料和其制造方法。
[0012] 本发明提供一种生质多元醇组合物，至少包括多元醇以及表面改质木质素，经表 面改质的木质素可均匀分散于多元醇中。而当此生质多元醇组合物用以制作PU发泡材料 时，经表面改质的木质素均匀分散于PU发泡材料中，进而提升材料机械性质与耐燃性。本 发明通过溶解度参数筛选，设计木质素与改质剂的组配，使改质剂溶解度参数尽量接近于 木质素。木质素表面经改质剂改质后，可增进其与多元醇的兼容性与分散性，使木质素与多 元醇兼容（或相溶），而得到生质多元醇组合物。
[0013] 前述改质剂可为具有氢氧基或环氧基的醇类、环氧树脂或上述的混合物，例如多 元醇，包括乙二醇（ethylene glycol)、聚丙烯乙二醇（polypropylene glycol, PPG)、二丙 烯甘醇（dipropylene Glycol, DPG)、甘油（glycerol)。以二元醇为例，因其分子两末端均 具有羟基（-OH基），一端-OH基可吸附于木质素表面以增加木质素的分散性（即改质木质 素表面），而另一端-OH基则可进一步反应用以制作PU发泡材料。
[0014] 不同种类的木质素与二元醇改质剂，如乙二醇、聚丙烯乙二醇400 (polypropylene glyC〇1400, PPG400)的溶解度参数如表1所示，木质素与改质剂的兼容（溶）性与两者之 间溶解度的差异有关，例如，磺酸盐木质素与PPG400溶解度参数差异大约22. 73J°_5 / cm15 左右，因此两者兼容（溶）性差造成木质素沉降，碱木质素与PPG400溶解度差异明显较小， 约为7.46J°_5 / cm15左右，因此碱木质素可均匀分散于PPG400中，相容（溶）性较好。同 样的，碱木质素与乙二醇溶解度参数差异大约13. 7J°_5 / cm1·5左右，两者兼容（溶）性差造 成木质素沉降，磺酸盐木质素与乙二醇溶解度差异小，约为1.57/ 5 / cm1·5左右，磺酸盐木 质素可均匀分散于乙二醇中，相容（溶）性较好。
[0015] 表1木质素与多元醇溶解度参数
[0016]
【主权项】
1. 一种生质多元醇组合物，其特征在于，包括： 多元醇，以及表面改质木质素，其中该表面改质木质素是以改质剂包覆或吸附于木质 素表面而形成，该改质剂是通过物理性键结包覆或吸附至该木质素，该表面改质木质素粒 径介于1~IOOiim之间。
2. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物，其中该多元醇包括二元醇、三元醇、四元 醇或上述的混合物。
3. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物，其中该表面改质木质素的溶解度介于 15 ~40/5 / cm1'5。
4. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物，其中该表面改质木质素的表面能介于 25 ~70mJ / m2。
5. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物，其中该木质素包括磺酸盐木质素、碱木 质素或上述的混合物。
6. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物，其中该改质剂为具有氢氧基或环氧基的 醇类、环氧树脂或上述的混合物。
7. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物,其中该表面改质木质素占该生质多元醇 组合物总重的〇? 1~60wt %。
8. 根据权利要求1所述的生质多元醇组合物,其中该表面改质木质素是混合该木质素 与该改质剂并通过研磨分散工艺使该改质剂可包覆于该木质素表面而得到，该分散工艺包 含珠磨工艺、球磨工艺或上述工艺的组合。
9. 一种生质聚氨酯发泡材料，其中所述生质聚氨酯发泡材料包括占其总重0. 1~ 50wt %含量的木质素，该木质素粒径介于1~IOOiim之间。
10. 根据权利要求9所述的生质聚氨酯发泡材料，其中该生质聚氨酯发泡材料是通过 混合权利要求1所述的生质多元醇组合物、界面活性剂、催化剂、二异氰酸酯与发泡剂来进 行一发泡反应，将混合物固化而形成为所述生质聚氨酯发泡材料。
11. 根据权利要求10所述的生质聚氨酯发泡材料，其中该二异氰酸酯包括脂肪族二异 氰酸酯、芳香族二异氰酸酯或上述的混合物。
12. 根据权利要求10所述的生质聚氨酯发泡材料，其中该界面活性剂包括硅酮化合 物。
13. 根据权利要求10所述的生质聚氨酯发泡材料，其中该催化剂包括金属盐、胺类化 合物或上述的混合物。
14. 根据权利要求10所述的生质聚氨酯发泡材料，其中该发泡剂包括二氯甲烷、丙酮、 甲乙酮、正己烷或正戊烷。
【专利摘要】本发明提供了一种生质多元醇组合物与生质聚氨酯发泡材料。通过改质剂与研磨分散工艺使木质素均匀分散于多元醇中，得到一种生质多元醇组合物。并以此生质多元醇组合物来制备高木质素含量、高压缩强度与优良耐燃性的生质聚氨酯发泡材料。
【IPC分类】C08G101-00, C08G18-64, C08L97-00
【公开号】CN104744659
【申请号】CN201410045316
【发明人】庄文斌, 沈永清, 黄韵雅, 苏一哲
【申请人】财团法人工业技术研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年2月8日
【公告号】EP2889319A1, US20150183948