一種化學(xué)固沙用聚氨酯預(yù)聚體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)固沙用聚氨酯預(yù)聚體的制備方法，尤其涉及一種可用于制備具有高強(qiáng)度、高保水量水凝膠的聚氨酯預(yù)聚體的制備方法，適用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)及水土流失防治等相關(guān)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]中國(guó)是世界上荒漠化危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。調(diào)研結(jié)果表明，中國(guó)荒漠化土地面積為262. 2萬(wàn)平方公里，其中沙化土地面積173萬(wàn)平方公里，分別為我國(guó)國(guó)土總面積的27%和18%。30個(gè)省區(qū)都有沙化土地分布，近4億人口受荒漠化困擾。據(jù)測(cè)算，近些年來(lái)我國(guó)每年因荒漠化問(wèn)題所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)540億元。嚴(yán)峻的荒漠化現(xiàn)狀不但對(duì)環(huán)境造成威脅，也影響著人們的生活。如何防治和治理荒漠化，成為廣受關(guān)注的問(wèn)題。當(dāng)前，土地荒漠化已經(jīng)是全國(guó)性乃至國(guó)際性的重大生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，迫切需要切實(shí)可行、行之有效的防沙固沙技術(shù)，特別是對(duì)新型高性能固沙材料的需求迫在眉睫。
[0004]聚氨酯水凝膠由于兼具水凝膠和聚氨酯的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械強(qiáng)度高，性能調(diào)控范圍廣，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域。其中，具有高抱水量單組份聚氨酯水凝膠因其成本低、施工方便、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)可作為一種優(yōu)異的高分子聚合物固沙材料，適用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)、防治水土流失等領(lǐng)域。而制備聚氨酯水凝膠的關(guān)鍵在于聚氨酯預(yù)聚體的合成，聚氨酯預(yù)聚體的結(jié)構(gòu)及特性決定著所形成的聚氨酯水凝膠的性能。目前，已有多種用于制備聚氨酯水凝膠的相關(guān)預(yù)聚體的報(bào)道，這方面的專利包括CN200910183002.8、CN201110106789. 5、CN201310277736. 9、CN201110350483. 4、CN201110185207. 7、CN201110376075. 6、CN201210479749. X、CN200810135883. 1、CN201210479750. 2、CN201110106794. 6。盡管聚氨酯水凝膠已取得一定的進(jìn)展，但仍存在如下問(wèn)題：預(yù)聚體的合成工藝復(fù)雜、成本高，聚氨酯水凝膠強(qiáng)度低、保水量低，在低成本與高性能上難于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，大規(guī)模推廣應(yīng)用受阻。
[0005]為克服上述問(wèn)題，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種基于正（ABA型）反(BAB型）型嵌段多元醇的聚氨酯預(yù)聚體。利用正反型聚氨酯分子結(jié)構(gòu)之間強(qiáng)勁而致密的物理相互作用，通過(guò)對(duì)親水性聚氨酯樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)，調(diào)整聚合物中鏈段排布方式，合成了具有高保水量(最高可達(dá)自身體積的40倍)、高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異乳化性能的聚氨酯樹(shù)脂。該聚氨酯樹(shù)脂于水中能以任意比例乳化，同時(shí)以水為固化劑，與水反應(yīng)后可形成力學(xué)性能優(yōu)良的高彈性凝膠體，具有高度安全性。由于其合成工藝簡(jiǎn)單，成本低，可望在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高保水量、高強(qiáng)度、低成本的聚氨酯水凝膠的聚氨酯預(yù)聚體的制備方法，以解決現(xiàn)有聚氨酯水凝膠難于工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種基于正（ABA型）反（BAB型）型嵌段多元醇的聚氨酯預(yù)聚體，其制備方法為：
該預(yù)聚體為ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體的等質(zhì)量混合物；其中，ABA型聚氨酯預(yù)聚體的制備方法為：
稱取一定量的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇（ABA型）于反應(yīng)釜中，經(jīng)脫水后加入一定量的二異氰酸酯化合物，50-80°C反應(yīng)l_2h，加入擴(kuò)鏈劑，同樣溫度下反應(yīng)2-3h，降至室溫，加入一定量的稀釋劑，攪拌均勻既得；其中，二異氰酸酯化合物的加入量以保證聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇中羥基完全反應(yīng)為基準(zhǔn)，優(yōu)選異氰酸酯基團(tuán)與羥基的摩爾比為2:1-4:1 ;擴(kuò)鏈劑的加入量為多元醇用量的3-5wt% ;稀釋劑的加入量保證體系的固體含量為80wt %。
[0009]BAB型聚氨酯預(yù)聚體的制備方法為：
稱取一定量的聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇（BAB型）于反應(yīng)釜中，經(jīng)脫水后加入一定量的二異氰酸酯化合物，50-80°C反應(yīng)l_2h，加入擴(kuò)鏈劑，同樣溫度下反應(yīng)2-3h，降至室溫，加入一定量的稀釋劑，攪拌均均既得；其中，二異氰酸酯化合物的加入量以保證聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇中羥基完全反應(yīng)為基準(zhǔn)，優(yōu)選異氰酸酯基團(tuán)與羥基的摩爾比為2:1-4:1 ;擴(kuò)鏈劑的加入量為多元醇用量的3-5wt % ;稀釋劑的加入量保證體系的固體含量為80wt %。
[0010]所述兩種聚氨酯預(yù)聚體應(yīng)是采用具有同樣分子量及聚乙二醇含量的嵌段多元醇所制備的ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體。
[0011]所述聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇（ABA型）的分子量為1000-10000，聚乙二醇的含量為50-90%。
[0012]所述聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇（BAB型）的分子量為1000-10000，聚乙二醇的含量為50-90%。
[0013]合成ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體時(shí)所述二異氰酸酯化合物為甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、奈二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的一種或幾種混合物。
[0014]合成ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體時(shí)所述擴(kuò)鏈劑為乙二胺或乙二醇。
[0015]合成ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體時(shí)所述稀釋劑為丙酮或丁酮。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明從價(jià)廉易得的工業(yè)原料聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇（ABA型和BAB型）出發(fā)，通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)高效地合成了 ABA型和BAB型聚氨酯預(yù)聚體；合成方法簡(jiǎn)捷高效，且反應(yīng)過(guò)程中所用的原料和試劑都廉價(jià)易得，成本低，易于操作過(guò)程的放大以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；ABA型和BAB型聚氨酯預(yù)聚體具有良好的水中乳化性能，經(jīng)等質(zhì)量混合后，與水反應(yīng)可形成保水性能優(yōu)良的彈性水凝膠，無(wú)有毒成分殘留，具有高度安全性，無(wú)二次污染。由于利用了正反型聚氨酯分子結(jié)構(gòu)之間強(qiáng)勁而致密的物理相互作用，所形成的水凝膠具有優(yōu)良的力學(xué)性能，保水量高(最高可達(dá)自身體積的40倍)，可作為一種優(yōu)異的化學(xué)固沙材料，應(yīng)用前景廣闊。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]通過(guò)下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0019]以下實(shí)施例中EPE代表聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇（ABA型)嵌段多元醇，PEP代表聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇（BAB型)，PEO代表聚乙二醇。
[0020]實(shí)施例I :
于反應(yīng)瓶中加入IOg EPE型多元醇（Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯6. 96g，50°C反應(yīng)lh，加入乙二醇O. 5g，50°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入4. 3mL的丙酮，攪拌均勻，既得ABA型聚氨酯預(yù)聚體。
[0021]于反應(yīng)瓶中加入IOg PEP型多元醇（Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脫水2h，降溫至60 °C，加入甲苯二異氰酸酯6. 96g，50°C反應(yīng)Ih，加入乙二醇O. 5g，50°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入4. 3mL的丙酮，攪拌均勻，既得BAB型聚氨酯預(yù)聚體。
[0022]上述兩種聚氨酯預(yù)聚體等質(zhì)量混合后既得本發(fā)明所述化學(xué)固沙用聚氨酯預(yù)聚體。取上述所制備的ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體各2g，攪拌均勻后加入60mL水中，約3min后得聚氨酯水凝膠。
[0023]實(shí)施例2 ：
于反應(yīng)瓶中加入20g EPE型多元醇（Mn=10000，PE0 wt%=50%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯2. 78g，80°C反應(yīng)2h，加入乙二醇O. 6g，80°C反應(yīng)2h，降至