CN103589315B - 一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法，将浓硫酸和氨基酸在蒸馏水中反应得到离子液体，在一定温度下液化木材，得到含有多羟基物质的粘稠状混合物；以粘稠状混合物和六亚甲基二异氰酸酯为主要原料，辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡为催化剂，在其他辅助材料共同存在的情况下，制备聚氨酯涂料。本发明以绿色溶剂—离子液体为液化剂液化可再生资源—木材，用液化产物代替市场上的普通多元醇来制备聚氨酯涂料，改变了聚氨酯涂料的主要成分本质上都来源于石油等不可再生资源的现状。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯涂料制备领域，具体涉及一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法。
背景技术
聚氨酯涂料是继醇酸树脂之后的最通用的涂料品种。聚氨酯涂料具有弹性好，可低温固化、潮气固化，可多季节施工，低温、高湿施工性能特点。目前制备聚氨酯涂料的主要原料之一是聚醚多元醇。聚醚多元醇是石油化工产品。
日益枯竭的石油资源具有不可再生性，使聚氨酯涂料成本较高的同时面临原料来源问题。
鉴于此，确有必要寻求一种新的可再生资源来制备多元醇。该资源可以来自大自然可再生的木材。纤维素、半纤维素等作为木材的主要成份，是含羟基的聚合物。木材的液化产物可以作为聚醚多元醇的替代品，用以制备聚氨酯涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法，以绿色溶剂—离子液体为液化剂液化可再生资源—木材，用液化产物代替市场上的普通多元醇来制备聚氨酯涂料，改变了聚氨酯涂料的主要成分本质上都来源于石油等不可再生资源的现状。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法包括以下步骤：离子液体液化剂的合成、离子液体液化木材和聚氨酯涂料的制备。
所述的离子液体液化剂的合成包括以下步骤：
（1）将硫酸与氨基酸按摩尔比为1：1在10-100℃下反应30-150min，得到无色透明的氨基酸型离子液体水溶液；
（2）将步骤（1）得到的液体中的水分蒸发后，得到初产物，经真空干燥后得离子液体液化剂。
所述的氨基酸为丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天门冬氨酸中的一种。
所述的离子液体液化木材包括以下步骤：
（1）将离子液体液化剂与木材按质量比为2-100：1混合搅拌，得到粘稠的固液混合物；
（2）将固液混合物真空过滤分离，并用蒸馏水反复洗涤滤渣，直至滤液呈中性；
（3）将步骤（2）得到的滤渣放入80-100℃的真空干燥箱中干燥至恒重；称量滤渣，计算液化率；
（4）将步骤（2）得到的滤液用氢氧化钡溶液中和至弱酸性，过滤后移入旋转蒸发器中减压蒸馏除去其中的水分，并经真空干燥得到木材液化产物。
所述的木材为松木或杉木。
所述的聚氨酯涂料的制备包括以下步骤：
（1）检测木材液化产物的羟基含量；
（2）在溶剂的存在下，按-NCO和-OH的摩尔比为2：1称取六亚甲基二异氰酸酯（HDI）与三羟甲基丙烷在40-100℃下混合反应0.5-4h，得到均匀的液体，即涂料组分A；
（3）将溶剂、填料、木材液化产物、催化剂和添加剂在室温下搅拌混合0.5-1h，得到均匀的粘稠物，即涂料组分B；
（4）将组分A和组分B混合均匀，得到聚氨酯涂料。
所述的溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸丁酯中的一种或几种混合物。
所述的填料为滑石粉、碳酸钙、高岭土、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅、硅酸钙中的一种或几种混合物。
所述的添加剂为二甲基硅油。
所述的催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。
本发明的显著优点在于：以绿色溶剂——离子液体为液化剂液化可再生资源——木材，用液化产物代替市场上的普通多元醇来制备聚氨酯涂料，改变了聚氨酯涂料的主要成分本质上都来源于石油等不可再生资源的现状。
具体实施方式
实施例1
用离子液体液化木材并以其液化产物制备聚氨酯涂料，包括以下步骤：
步骤1：将一定量的98%的浓硫酸用10倍体积的蒸馏水稀释后放入反应器中；称取与H2SO4等物质的量的丙氨酸固体放入上述反应器中，在50℃下搅拌反应2h。将混合液减压蒸馏除去大部分水分，得到目标离子液体初产物。目标离子液体初产物经真空干燥后可得目标离子液体。
步骤2：按离子液体与松木的质量比为10：1混合，在100℃下搅拌反应2h，得到粘稠的固液混合物。将固液混合物真空过滤分离，并用蒸馏水反复洗涤滤渣，直至滤液呈中性。将滤液用氢氧化钡水溶液中和至弱酸性，再经过滤、减压蒸馏和真空干燥得到木材液化产物。
步骤3：将12mL的二甲苯、4mL的丙酮和18mL的乙酸丁酯混合作为溶剂，以NCO：OH=2为依据，称取26.91g的HDI与三羟甲基丙烷放入反应器，在65℃下混合反应2h，得到涂料组分A。
步骤4：在反应器中加入20mL乙酸丁酯、16.5g滑石粉、1mL辛酸亚锡、4mL二甲基硅油和27g木材液化产物在室温下搅拌混合30min，得到涂料组分B。
步骤5：将组分A和组分B混合均匀，将得到聚氨酯涂料进行涂膜。测得表干时间小于3小时，实干时间小于1天，涂膜硬度大于H。
实施例2
用离子液体液化木材并以其液化产物制备聚氨酯涂料，包括以下步骤：
步骤1：将一定量的98%的浓硫酸用10倍体积的蒸馏水稀释后放入反应器中；称取与H2SO4等物质的量的丙氨酸固体放入上述反应器中，在30℃下搅拌反应2h。将混合液减压蒸馏除去大部分水分，得到目标离子液体初产物。目标离子液体初产物经真空干燥后可得目标离子液体。
步骤2：按离子液体与松木的质量比为20：1混合，在100℃下搅拌反应2h，得到粘稠的固液混合物。将固液混合物真空过滤分离，并用蒸馏水反复洗涤滤渣，直至滤液呈中性。将滤液用氢氧化钡水溶液中和至弱酸性，再经过滤、减压蒸馏和真空干燥得到木材液化产物。
步骤3：将6mL的二甲苯、2mL的丙酮和9mL的乙酸丁酯混合作为溶剂，以NCO：OH=2为依据，称取13.5g的HDI与三羟甲基丙烷放入反应器，在65℃下混合反应2h，得到涂料组分A。
步骤4：在反应器中加入24mL乙酸丁酯、10g滑石粉、0.5mL辛酸亚锡、6mL二甲基硅油和13.5g木材液化产物在室温下搅拌混合30min，得到涂料组分B。
步骤5：将组分A和组分B混合均匀，将得到聚氨酯涂料进行涂膜。测得表干时间小于3小时，实干时间小于1天，涂膜硬度大于H。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种离子液体液化木材制备聚氨酯涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤：离子液体液化剂的合成、离子液体液化木材和聚氨酯涂料的制备；
所述的离子液体液化剂的合成包括以下步骤：
（1）将硫酸与氨基酸按摩尔比为1：1在10-100℃下反应30-150min，得到无色透明的氨基酸型离子液体水溶液；所述的氨基酸为丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天门冬氨酸中的一种；
（2）将步骤（1）得到的液体中的水分蒸发后，得到初产物，经真空干燥后得离子液体液化剂；
所述的离子液体液化木材包括以下步骤：
（1）将离子液体液化剂与木材按质量比为2-100：1混合搅拌，得到粘稠的固液混合物；所述的木材为松木或杉木；
（2）将固液混合物真空过滤分离，并用蒸馏水反复洗涤滤渣，直至滤液呈中性；
（3）将步骤（2）得到的滤渣放入80-100℃的真空干燥箱中干燥至恒重；称量滤渣，计算液化率；
（4）将步骤（2）得到的滤液用氢氧化钡溶液中和至弱酸性，过滤后移入旋转蒸发器中减压蒸馏除去其中的水分，并经真空干燥得到木材液化产物；
所述的聚氨酯涂料的制备包括以下步骤：
（1）检测木材液化产物的羟基含量；
（2）在溶剂的存在下，按-NCO和-OH的摩尔比为2：1称取六亚甲基二异氰酸酯与三羟甲基丙烷在40-100℃下混合反应0.5-4h，得到均匀的液体，即涂料组分A；
（3）将溶剂、填料、木材液化产物、催化剂和添加剂在室温下搅拌混合0.5-1h，得到均匀的粘稠物，即涂料组分B；所述的溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸丁酯中的一种或几种混合物；所述的填料为滑石粉、碳酸钙、高岭土、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅、硅酸钙中的一种或几种混合物；所述的添加剂为二甲基硅油；所述的催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡；
（4）将组分A和组分B混合均匀，得到聚氨酯涂料。
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