可生物降解的聚氨酯彈性體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工新材料合成和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可生物降解的聚氨酯 彈性體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，合成高分子材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮 著極其重要的作用。然而，傳統(tǒng)的合成塑料很難降解，廢棄后帶來(lái)了"白色污染"等嚴(yán)重的環(huán) 境問(wèn)題，尋求一種能夠降解的新材料來(lái)緩解傳統(tǒng)材料帶來(lái)的環(huán)境污染已經(jīng)刻不容緩。目前 大多數(shù)可降解塑料是采用聚乳酸、聚3-羥基烷酸酯、聚己內(nèi)酯、聚丁二酸丁二醇酯等可降解 聚酯直接或改性來(lái)使用，而聚氨酯由于其優(yōu)異的強(qiáng)度、耐磨、耐油及低溫性能等被優(yōu)選于改 性可降解聚酯，用于提高拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、低溫韌性、彈性等性能，如專利CN103289339A 一種生物可降解塑料所發(fā)明的生物可降解塑料是由60~80%聚乳酸和20~40%淀粉組成， 所制備生物可降解塑無(wú)毒、環(huán)保、韌性較強(qiáng)，在自然條件下不易霉變。專利CN103360738A- 種改性聚乳酸及其制備方法中采用聚氨酯和聚乳酸在180-220°C之間熔融共混改性制備出 韌性、穩(wěn)定性都增強(qiáng)的改性聚乳酸。
[0003] 但是，聚氨酯彈性體材料的熔點(diǎn)較高，而聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚己內(nèi)酯等 生物降解材料在高溫下加工容易發(fā)生鏈分解而降解，因此導(dǎo)致用聚氨酯共混改性此類生物 降解塑料的應(yīng)用范圍受到了一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可生物降解的聚氨酯彈性體，力 學(xué)性能良好，加工性能優(yōu)異，同時(shí)具有生物相容性和生物降解性能，可應(yīng)用于地膜、購(gòu)物袋 等領(lǐng)域;本發(fā)明還提供其制備方法。
[0005] 本發(fā)明所述的可生物降解的聚氨酯彈性體，包括以下原料:雙羥基封端的生物降 解聚酯、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑和助劑。
[0006] 其中：
[0007] 雙羥基封端的生物降解聚酯為雙羥基封端的聚丁二酸丁二醇酯、雙羥基封端的聚 丁二酸丁二醇酯、雙羥基封端的聚己二酸丁二醇酯、雙羥基封端的聚己二酸丁二醇酯、雙羥 基封端的聚己二酸丁二醇酯或雙羥基封端的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯中的一種或多種。
[0008] 雙羥基封端的生物降解聚酯的數(shù)均分子量為500-5000。
[0009] 異氰酸酯為4,4_二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、六亞甲 基二異氰酸酯或甲苯二異氰酸酯中的一種。
[0010]助劑為抗氧劑、紫外線吸收劑或脫模粉等中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明所述的可生物降解的聚氨酯彈性體，優(yōu)選由A組分、B組分和C組分按質(zhì)量比 為100:35.1~91.3:8.5~27.9制成:A組分為雙羥基封端的生物降解聚酯、抗氧劑、紫外線 吸收劑、脫模粉和催化劑混合;B組分為異氰酸酯;C組分為擴(kuò)鏈劑。
[0012] 制備中-NCO與-OH的摩爾比優(yōu)選為0.98-1.03:1。
[0013]其中：
[0014]催化劑為有機(jī)錫類或有機(jī)鉍類催化劑;如美國(guó)空氣化工的辛酸亞錫(Dsbco T-9)， 德國(guó)高斯米特的二月桂酸二丁基錫(Kosmos 19);擴(kuò)鏈劑為1,4-丁二醇或乙二醇中的一種 或兩種的混合物;紫外線吸收劑為N-(乙氧基羰基苯基)-N'_甲基-Ν'-苯基甲脒或2-(2'_羥 基_5'_叔辛基苯基)苯并三唑中的一種或兩種，抗氧劑為亞磷酸酯類、受阻酚類或復(fù)配抗氧 劑。復(fù)配抗氧劑優(yōu)選為:60重量份三異十三烷基亞磷酸鹽、30重量份beta-( 3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸異辛醇酯和10重量份雙（1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的混合 物。本發(fā)明采用抗氧劑、紫外線吸收劑和脫模粉作為助劑，所采用的助劑具有以下特點(diǎn)：與 樹(shù)脂的相容性好，不析出；熱穩(wěn)定性好，在生產(chǎn)過(guò)程中不揮發(fā);加工性能良好，在高聚物的加 工溫度區(qū)間下不揮發(fā)、不分解;無(wú)毒，為環(huán)境友好型。
[0015]抗氧劑、紫外線吸收劑和脫模粉用量之和為各組分總重量的脫模粉與 A組份的重量比為0.025~0.2:100，抗氧劑與A組份的重量比為0.025~0.2:100。
[0016] 催化劑的用量為各組分總重量的0.005 %-0.03%。
[0017]脫模粉為蠟類脫模粉或酰胺類脫模粉。優(yōu)選美國(guó)克萊恩E蠟、69蠟、油酸酰胺或芥 酸酰胺中的一種或幾種的混合物。
[0018] 本發(fā)明所述的可生物降解的聚氨酯彈性體的制備方法，包括以下步驟：
[0019] 將A組分加熱至120~180°C，B組分和C組分分別加熱至50~60°C，將所有組分打入 雙螺桿擠出機(jī)，加入催化劑，經(jīng)雙螺桿反應(yīng)后經(jīng)水下切粒制備出粒子，粒子熟化后得到產(chǎn) 品。
[0020] 作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述的可生物降解的聚氨酯彈性體的制備方 法，包括以下步驟：
[0021] 將雙羥基封端的生物降解聚酯、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和脫模 粉分別投入相應(yīng)的高位槽，A組分控制溫度在120~180°C，B組分和C組分控制溫度在50~60 °C，按質(zhì)量計(jì)，以總重量/催化劑=100/0.005 % -0.035 %的比例加入催化劑，攪拌均勻后， 分別將A、B、C三組分按比例從高位槽打入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)雙螺桿反應(yīng)后經(jīng)過(guò)水下切粒制 備出橢圓狀粒子，生產(chǎn)出的粒子在90°C條件下熟化3~5h。
[0022] 本發(fā)明所述的生物降解聚氨酯彈性體由雙羥基封端的生物降解聚酯、抗氧劑、紫 外線吸收劑、脫模粉和催化劑的混合物(A組分）、異氰酸酯(B組分）、擴(kuò)鏈劑(C組分)按比例 分別注射到雙螺桿擠出機(jī)反應(yīng)，通過(guò)水下切粒機(jī)造粒后熟化即得到所述可生物降解聚氨酯 彈性體，通過(guò)調(diào)整三組分比例，可制備出適應(yīng)于不同產(chǎn)品性能的可生物降解聚氨酯彈性體。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] (1)本發(fā)明提供了一種地膜、購(gòu)物袋等用途的可降解材料;本發(fā)明提供了一種改善 普通可生物降解塑料所做地膜、購(gòu)物袋等出現(xiàn)的強(qiáng)度、韌性差等不足的問(wèn)題;本發(fā)明提供了 一種解決生物降解材料在高溫條件下共混改性產(chǎn)生熱降解的方法。
[0025] (2)與聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚丁二酸丁二醇酯等可生物降解塑料相比，本發(fā)明所述 的可生物降解聚氨酯彈性體在沒(méi)有明顯降低性能的情況下，韌性、扯斷伸長(zhǎng)率能提高8%、 拉伸強(qiáng)度能提尚14%以上，有效的提尚了使用壽命。
[0026] (3)本發(fā)明力學(xué)性能良好，加工性能優(yōu)異，同時(shí)具有生物相容性和生物降解性能， 可應(yīng)用于地膜、購(gòu)物袋等領(lǐng)域。
[0027] (4)本發(fā)明將可生物降解聚酯多元醇、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑及助劑等通過(guò)澆注系統(tǒng)注 射到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行反應(yīng)后造粒生成具有優(yōu)良生物降解性能、力學(xué)性能的可生物降解 聚氨酯彈性體，120天降解率能達(dá)到90%以上，本方法生