[发明专利]一种聚氨酯预聚体在制备木粉/聚氯乙烯复合材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类特殊的聚氨酯预聚体的新用途，该聚氨酯预聚体用作提高木粉/聚氯乙烯复合材料性能的相容剂，该聚氨酯预聚体的特殊性在于合成该预聚体时选用聚氯乙烯(PVC)的增塑剂作为软段组分的原料。软段组分包含多元醇。而多元醇至少包含聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)多元醇和聚己内酯(PCL)多元醇两种类型。本发明属于高分子材料领域。

技术背景

木粉为可再生生物质材料，来源丰富，成本低，环境友好性高。合理利用这种生物质材料进行加工增值是目前研究的热点[1]。一种常规的利用方法是将它们以填料的形式添加到聚氯乙烯基体中制备功能性复合材料[2]。例如将木粉等木纤维加入到聚氯乙烯中制备出兼具木头和塑料特性的耐腐耐水的木塑材料。用该材料可以制作户外桌、椅、亭等，以减少木材的用量，所以这种复合材料具用广泛的应用前景[3]。然而在这些填料型复合材料中，作为分散相的木粉填料是富含羟基的亲水性材料，而作为连续相的聚氯乙烯是一种疏水性材料，两相复合后存在严重的界面相容性问题[4]。界面相容性问题导致了材料的拉伸强度、韧性和冲击强度等性能下降[5]，导致了材料的性能难于满足实际应用方面的要求。所以提高两相的界面相容性是制备这类高性能复合材料的关键性难点。

目前提高木粉/聚氯乙烯复合材料界面相容性的方法主要有生物质填料处理[6，7]，高分子连续相处理[8，9]和添加相容剂[10，11]。其中，添加相容剂法是将相容剂添加到复合材料中进行共混的方法，相对简单易行，特别适合于目前工业生产中普遍使用的挤出工艺。有研究者将二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)单体作为相容剂直接加入到挤出机中制备生物质基复合材料[12，13]，其中MDI虽能与木粉反应相容，但是MDI却不一定与所选择的高分子材料连续相相容。所以，找到一种既能大幅度提高相容剂的反应效率又能促使相容性界面形成的方法是用这类反应性相容剂解决生物质基复合材料界面相容性问题的关键所在。

发明内容

本发明采用一类特殊的聚氨酯预聚体作为界面相容剂，在反应挤出中制备高性能木粉/聚氯乙烯复合材料。其主要的创新思想是采用与PVC连续相相容的PVC增塑剂为聚氨酯预聚体软段，促成PVC连续相与聚氨酯相容。如采用PBA多元醇或PCL为预聚体软段，而PBA或PCL又是PVC的公认增塑剂，因此与PVC的相容性一定是良好的，从而可促使PVC连续相与聚氨酯相容；而PBA或PCL基聚氨酯预聚体的氰酸酯基团与木粉反应，可提高木粉分散相与聚氨酯间的相容性。通过加入这类特殊的聚氨酯预聚体，木粉与PVC间的相容性通过聚氨酯界面层可得到明显提高，从而可以制备出高性能木粉/聚氯乙烯复合材料。当然，上述聚氨酯预聚体软段不仅来源于多元醇，也可来源于常用的多元胺，也可以来源于对氯乙烯有增塑效果的物质。在本专利中，“对氯乙烯有增塑效果”的界定是明显提高PVC材料的断裂伸长率同时降低了材料的强度。所谓”增塑”或“增塑剂”在一般的高分子化学与物理方面的教科书中有定义[14]，所谓”软段”的定义在一般的聚氨酯的专业书中有定义，在此不作重复说明。

参考文献：

[1]Mohanty，A.K.，Misra，M.，Drzal，L.T.Natural Fibers，Biopolymers，and Biocomposites.CRC Press，Boca Raton，2005.

[2]谷亚新，刘运学，范兆荣，曾尤，翟玉春。木粉/聚氯乙烯复合材料的研制。沈阳建筑大学学报，2007。23(2)：263-266。

[3]Hai，H.J.，Pascal K.D.Development of poly(vinyl chloride)/wood composites.A literature review.J.Vinyl Addit.Technol.2004，10，59-69.

[4]Lu，J.Z.，Wu，Q.L.，Negulescu，I.I.Surface and interfacial characterization of Wood-PVC composites：Thermal and Dynamic Mechanical properties.Wood Fiber Sci.2004，36，500-510.

[5]刘涛，何慧，洪浩群，贾德民。木塑复合材料研究进展[J]。绝缘材料，2008，41(2)：38-41。

[6]刘涛，洪凤宏，武德珍。木粉表面处理对PVC/木粉复合材料性能的影响[J]。中国高分子材料。2005，1：27-30。