可生物降解的聚氨酯彈性體及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化工新材料合成和應用技術領域，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】
[0002] 隨著塑料工業的發展，合成高分子材料在工農業生產和日常生活的各個領域發揮 著極其重要的作用。然而，傳統的合成塑料很難降解，廢棄后帶來了"白色污染"等嚴重的環 境問題，尋求一種能夠降解的新材料來緩解傳統材料帶來的環境污染已經刻不容緩。目前 大多數可降解塑料是采用聚乳酸、聚3-羥基烷酸酯、聚己內酯、聚丁二酸丁二醇酯等可降解 聚酯直接或改性來使用，而聚氨酯由于其優異的強度、耐磨、耐油及低溫性能等被優選于改 性可降解聚酯，用于提高拉伸強度、撕裂強度、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毒、環保、韌性較強，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、穩定性都增強的改性聚乳酸。
[0003] 但是，聚氨酯彈性體材料的熔點較高，而聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚己內酯等 生物降解材料在高溫下加工容易發生鏈分解而降解，因此導致用聚氨酯共混改性此類生物 降解塑料的應用范圍受到了一定限制。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種可生物降解的聚氨酯彈性體，力 學性能良好，加工性能優異，同時具有生物相容性和生物降解性能，可應用于地膜、購物袋 等領域;本發明還提供其制備方法。
[0005] 本發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]本發明所述的可生物降解的聚氨酯彈性體，優選由A組分、B組分和C組分按質量比 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組分為擴鏈劑。
[0012] 制備中-NCO與-OH的摩爾比優選為0.98-1.03:1。
[0013]其中：
[0014]催化劑為有機錫類或有機鉍類催化劑;如美國空氣化工的辛酸亞錫(Dsbco T-9)， 德國高斯米特的二月桂酸二丁基錫(Kosmos 19);擴鏈劑為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、受阻酚類或復配抗氧 劑。復配抗氧劑優選為: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：與 樹脂的相容性好，不析出；熱穩定性好，在生產過程中不揮發;加工性能良好，在高聚物的加 工溫度區間下不揮發、不分解;無毒，為環境友好型。
[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。優選美國克萊恩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，加入催化劑，經雙螺桿反應后經水下切粒制備出粒子，粒子熟化后得到產 品。
[0020] 作為一種優選的技術方案，本發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、擴鏈劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和脫模 粉分別投入相應的高位槽，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，按質量計，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，經雙螺桿反應后經過水下切粒制 備出橢圓狀粒子，生產出的粒子在90°C條件下熟化3~5h。
[0022] 本發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）、擴鏈劑(C組分)按比例 分別注射到雙螺桿擠出機反應，通過水下切粒機造粒后熟化即得到所述可生物降解聚氨酯 彈性體，通過調整三組分比例，可制備出適應于不同產品性能的可生物降解聚氨酯彈性體。
[0023] 本發明與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0024] (1)本發明提供了一種地膜、購物袋等用途的可降解材料;本發明提供了一種改善 普通可生物降解塑料所做地膜、購物袋等出現的強度、韌性差等不足的問題;本發明提供了 一種解決生物降解材料在高溫條件下共混改性產生熱降解的方法。
[0025] (2)與聚乳酸、聚己內酯、聚丁二酸丁二醇酯等可生物降解塑料相比，本發明所述 的可生物降解聚氨酯彈性體在沒有明顯降低性能的情況下，韌性、扯斷伸長率能提高8%、 拉伸強度能提尚14%以上，有效的提尚了使用壽命。
[0026] (3)本發明力學性能良好，加工性能優異，同時具有生物相容性和生物降解性能， 可應用于地膜、購物袋等領域。
[0027] (4)本發明將可生物降解聚酯多元醇、異氰酸酯、擴鏈劑及助劑等通過澆注系統注 射到雙螺桿擠出機中進行反應后造粒生成具有優良生物降解性能、力學性能的可生物降解 聚氨酯彈性體，120天降解率能達到90%以上，本方法生