[發明專利]一種生物法合成的端羥基聚異戊二烯型聚氨酯及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110978117.7
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113667087A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 咸漠;晉苗苗;劉煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C08G18/65
• 分類號: C08G18/65;C08G18/69;C08G18/32;C08G18/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王志新

本發明公開一種生物法合成的端羥基聚異戊二烯型聚氨酯及其制備方法與應用，屬于化學合成技術領域。為了提供一款拉伸強度大，耐熱性強和穩定性強的聚氨酯。本發明利用生物法合成的異戊二烯單體合成端羥基聚異戊二烯，然后與甲苯二異氰酸酯進行聚合反應得到端羥基聚異戊二烯型聚氨酯，聚合反應是按照如下摩爾比進行，端羥基聚異戊二烯：甲苯二異氰酸酯摩爾比＝1:1.05～1:1.7，甲苯二異氰酸酯：擴鏈劑摩爾比＝2:1～4:1。利用生物法異戊二烯制備的端羥基聚異戊二烯具有分子量分布窄、分子量控制容易等優點；利用生物法異戊二烯制備出的聚氨酯彈性體具有耐熱性優異、低模量、高伸長率、優良的附著力。

技術領域

本發明屬于化學合成技術領域，具體涉及一種生物法合成的端羥基聚異戊二烯型聚氨酯及其制備方法與應用。

背景技術

聚氨酯彈性體是一種高性能彈性體，又稱為聚氨酯橡膠，是一類在分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團的彈性聚合物材料。由于聚氨酯彈性體具有大量極性基團，其分子內及分子間可形成氫鍵，軟段和硬段可形成微相區并產生微觀相分離。這些結構特點使得聚氨酯彈性體具有優異的耐磨性和韌性，具有耐磨橡膠之稱，且由于聚氨酯原料種類多，可調節原料品種及配比，適用于多種領域。

雖然聚氨酯彈性體具有優異的力學性能和耐磨性，但還存在一些問題。以聚氨酯輪胎為例，其耐熱性不高，在高頻動態負荷下，橡膠輪胎在高速行駛中溫度可達120℃，二聚氨酯材料的一般使用溫度不能高于80℃。在行駛制動過程中，輪胎溫度急劇升高，超過聚氨酯材料的熔點或軟化溫度，制約了聚氨酯輪胎的使用。亟需一款拉伸強度大，耐熱性強和穩定性強的聚氨酯。

研究人員發現，造成聚氨酯彈性體耐熱性差的主要影響因素在于其分子鏈中的醚鍵。溫度升至60℃以上時，以醚鍵為主的氫鍵作用消失，造成該類聚氨酯彈性體的力學性能如撕拉強度、撕裂強度等大幅降低。因此，改進聚氨酯分子鏈中醚鍵含量，可提高其耐熱性。端羥基聚異戊二烯分子結構不含醚鍵，代替聚醚型齊聚物作為聚氨酯的原料制備的彈性體，預期可降低敏感性，提高產品熱穩定性。

目前端羥基聚異戊二烯的主要原料異戊二烯的制備存在瓶頸。傳統異戊二烯的制備主要是通過石油基原料異戊烷、異戊烯脫氫法、化學合成法(包括異丁烯-甲醛法、乙炔-丙酮法、丙烯二聚法)和裂解C5餾分萃取蒸餾法。但化學法生產異戊二烯的原料主要來源于石油基產品，具有不可再生性，且對環境具有較大的污染性。隨著化石資源的日益枯竭，原料來源已成為制約異戊二烯制備的瓶頸問題。

近年來，提出了利用可再生資源葡萄糖等為原料，通過生物催化劑制備異戊二烯的新路線，具有綠色安全、原料可持續、產品品質高等優勢，已成為異戊二烯合成新方向。然而由于合成原料、路線的差異，生物法異戊二烯產品組份與化學法異戊二烯之間存在差異。如化學法異戊二烯中的主要雜質包含環戊二烯、間戊二烯等；而生物法異戊二烯中不含有環戊二烯、間戊二烯等，而是含有含氧化合物等一些雜質。生物法異戊二烯是否可用于制備端羥基聚異戊二烯，進一步合成聚氨酯尚未有報道。

發明內容

本發明的目的是為了提供以生物異戊二烯為原料制備一款拉伸強度大，耐熱性強和穩定性強的聚氨酯。

本發明提供了一種生物法合成的端羥基聚異戊二烯型聚氨酯，所述端羥基聚異戊二烯型聚氨酯合成由以下成分組成：端羥基聚異戊二烯、甲苯二異氰酸酯和擴鏈劑。

進一步地限定，所述端羥基聚異戊二烯、甲苯二異氰酸酯和擴鏈劑的摩爾比如下：

端羥基聚異戊二烯：甲苯二異氰酸酯＝1:1.05～1:1.7，甲苯二異氰酸酯：擴鏈劑＝2:1～4:1。

本發明還提供了一種制備上述端羥基聚異戊二烯型聚氨酯的方法，所述方法是利用生物法合成的異戊二烯單體合成端羥基聚異戊二烯型聚氨酯。

進一步地限定，所述方法是利用生物法合成的異戊二烯單體合成端羥基聚異戊二烯，然后與甲苯二異氰酸酯進行聚合反應得到端羥基聚異戊二烯型聚氨酯。