一种高力学性能可降解聚氨酯材料及其合成方法

本发明属于高分子材料，具体涉及一种高力学性能可降解聚氨酯材料及其合成方法。

背景技术：

1、近年来，人们对在塑料应用中使用高分子生物降解材料进行了大量的研究，以减少基于传统塑料材料的日常应用所产生的废物积累对环境的影响。聚乳酸是一种由小麦、秸秆、玉米、高粱等可再生资源生产的乳酸衍生物，是完全可生物降解的，可以被微生物分解成水和二氧化碳，是一种具有高生物相容性和可生物降解性能的热塑性塑料，可用于制造薄膜和纤维等，被认为是最有前途的可生物降解高分子聚合物之一。聚乳酸具有优异的力学强度和加工性能，在生物医药、包装以及纤维等领域有着广泛的应用，但是由于聚乳酸结晶速率慢、硬而脆、韧性差、耐热性较差等缺点，限制了其进一步的应用和发展。

技术实现思路

1、为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高力学性能可降解聚氨酯材料及其合成方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，包括如下步骤：

4、在真空条件下，由聚二元醇引发丙交酯在第一催化剂作用下开环合成聚乳酸二醇；接着在惰性气体保护下，将聚乳酸二醇和二异氰酸酯化合物在第二催化剂作用下进行预聚反应，之后加入扩链剂继续扩链反应得到聚氨酯材料。

5、优选地，所述开环反应条件为100～140℃反应6-24h。

6、优选地，所述聚二元醇与丙交酯的摩尔比为1：10～25，所述第一催化剂质量为聚二元醇质量的万分之五～万分之十五；所述第一催化剂为辛酸亚锡。

7、优选地，所述聚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇和聚四氢呋喃中一种或几种。

8、优选地，所述聚乳酸二醇、二异氰酸酯化合物和扩链剂的摩尔比为1：1～5：0.2～4，所述第二催化剂质量为聚乳酸二醇质量的万分之一～万分之十，所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、氯化亚锡、二乙酸二丁基锡、三乙醇胺和三乙胺中的一种或几种。

9、优选地，所述聚乳酸二醇和扩链剂的摩尔数之和等于二异氰酸酯化合物的摩尔数。

10、优选地，所述二异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种；

11、所述扩链剂为1，2-乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇和1，6-己二醇中一种或几种。

12、优选地，所述预聚反应条件为30～60℃反应1～3h。

13、优选地，所述扩链反应条件为50～70℃反应1～3h。

14、优选地，所述预聚反应过程中还加入溶剂，所述溶剂为丙酮、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯和二甲苯中的一种或几种，所述聚乳酸二醇与溶剂用量比为1g：1.5-3ml。

15、一种由上述合成方法合成的高力学性能可降解聚氨酯材料。

16、本发明高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法反应方程式如下：

17、

18、本发明的积极有益效果：

19、1.本发明聚二元醇是一种聚醚多元醇，聚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇和聚四氢呋喃中一种或几种，虽然相较于聚酯多元醇会有较差的力学性能，但由于氢键作用较弱，链段间的运动相对容易，从而拥有更优异的阻尼性能，本发明首先由聚二元醇引发丙交酯开环合成聚乳酸二醇，所得聚乳酸二醇韧性好，接着以含有大量侧甲基的改性聚乳酸二醇作为软段，采用预聚体法与二异氰酸酯化合物、扩链剂共同制备聚乳酸基聚氨酯材料，本发明方法合成的聚氨酯材料的分子量分布较窄，仅为1.3～1.6，玻璃化转变温度(tg)更低(10～16℃)，断裂伸长率接近于600％，与普通聚氨酯比较，本发明聚乳酸基聚氨酯材料力学性能良好，玻璃化转变温度低，在高分子生物降解材料领域有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述开环反应条件为100～140℃反应6-24h。

3.根据权利要求2所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述聚二元醇与丙交酯的摩尔比为1：10～25，所述第一催化剂质量为聚二元醇质量的万分之五～万分之十五；所述第一催化剂为辛酸亚锡。

4.根据权利要求1所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述聚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇和聚四氢呋喃中一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述聚乳酸二醇、二异氰酸酯化合物和扩链剂的摩尔比为1：1～5：0.2～4，所述第二催化剂质量为聚乳酸二醇质量的万分之一～万分之十；所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、氯化亚锡、二乙酸二丁基锡、三乙醇胺和三乙胺中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述聚乳酸二醇和扩链剂的摩尔数之和等于二异氰酸酯化合物的摩尔数。

7.根据权利要求1所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述二异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种；

8.根据权利要求1所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述预聚反应条件为30～60℃反应1～3h；所述扩链反应条件为50～70℃反应1～3h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的高力学性能可降解聚氨酯材料的合成方法，其特征在于，所述预聚反应过程中还加入溶剂，所述溶剂为丙酮、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯和二甲苯中的一种或几种，所述聚乳酸二醇与溶剂用量比为1g：1.5-3ml。

10.一种由权利要求1-9任一项所述合成方法合成的高力学性能可降解聚氨酯材料。

技术总结本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高力学性能可降解聚氨酯材料及其合成方法。所述合成方法包括如下步骤：在真空条件下，由聚二元醇引发丙交酯在第一催化剂作用下开环合成聚乳酸二醇；接着在惰性气体保护下，将聚乳酸二醇和二异氰酸酯化合物在第二催化剂作用下进行预聚反应，之后加入扩链剂继续扩链反应得到聚氨酯材料。本发明聚乳酸基聚氨酯材料力学性能良好，玻璃化转变温度低，在高分子生物降解材料有很好的应用前景。技术研发人员：张永胜,李禹函,胡雄涛受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4