可降解淀粉-聚氨酯復(fù)合材料的制備及應(yīng)用

王雪（西北民族大學(xué)化工學(xué)院甘肅 蘭州730030

王斌斌（太原工業(yè)學(xué)院電子工程系山西 太原030008）

由于石化產(chǎn)品的短缺，人們開始從可再生天然資源中開發(fā)環(huán)境友好型聚合材料，如淀粉、纖維素、果膠和蛋白質(zhì)等。它們具有可再生，可生物降解，價廉的優(yōu)點(diǎn)，而且可以根據(jù)它們的特性和用途改性成不同的分子結(jié)構(gòu)以滿足人們生產(chǎn)和生活的需要。

1.聚氨酯改性熱塑性淀粉的制備

不同種類的多元醇與異氰酸酯反應(yīng)合成聚氨酯，對聚氨酯結(jié)構(gòu)性能上也有一定的影響。一種有效的化學(xué)改性方法可以使淀粉上的羥基官能團(tuán)和異氰酸鹽或聚氨酯預(yù)聚體發(fā)生高效反應(yīng)。聚氨酯被認(rèn)為是一種高性能和可生物降解的材料，將它引入淀粉中后可以得到具有韌性和可生物降解性能的熱塑性材料。

Leng等[1]將多種聚氨酯的預(yù)聚體和熱塑性淀粉混合制得改性熱塑性淀粉。當(dāng)疏水性的異腈酸酯含量增加時，改性熱塑性淀粉的機(jī)械性能得到提高。

由于異腈酸酯基團(tuán)的含量影響淀粉-聚氨酯復(fù)合材料的性能，因此很多研究者對其做了深入研究和探討。Zhang等[2]通過不同異腈酸酯基團(tuán)含量的異腈酸酯預(yù)聚體和淀粉與水的混合物混合反應(yīng)，制得改性熱塑性淀粉。研究了異腈酸酯基團(tuán)含量對改性熱塑性淀粉的結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明，異腈酸酯預(yù)聚體反應(yīng)的比例達(dá)99.8 %。幾乎完全與淀粉交聯(lián)。隨著預(yù)聚體中-NCO基團(tuán)含量的增加，復(fù)合材料的性能提高。

雖然聚氨酯改性熱塑性淀粉的性能較好且應(yīng)用廣泛，但在制備的過程中受很多因素的影響。Wu等[3]通過在不同溫度下制得改性TPS淀粉，其硬度，疏水性都由于淀粉與聚氨酯預(yù)聚體間強(qiáng)烈的反應(yīng)較純淀粉得到顯著提高。反應(yīng)在60-90℃下進(jìn)行所得的改性TPS材料具有相似的形態(tài)，熱學(xué)行為及力學(xué)性能。

2.淀粉-水性聚氨酯復(fù)合材料的制備

水性聚氨酯是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的一種聚氨酯樹脂，有人稱水系聚氨酯或水基聚氨酯。依其外觀和粒徑將水性聚氨酯分為三類：聚氨酯水溶液，聚氨酯分散液，聚氨酯乳液。后兩者又統(tǒng)稱為聚氨酯分散液會聚氨酯乳液。區(qū)分并不嚴(yán)格。實(shí)際應(yīng)用中，后兩者居多。水性聚氨酯是水性膠黏劑，涂料和其它應(yīng)用形態(tài)的基礎(chǔ)樹脂。

淀粉改性水性聚氨酯的研究主要是利用淀粉分子中含有多個羥基，可作為多元醇與異氰酸酯反應(yīng)合成水性聚氨酯。聚氨酯型接枝淀粉表面施膠劑是近年開發(fā)的新型表面施膠劑。陳夫山等[4]以聚氨酯預(yù)聚體作為抗水性單體合成了聚氨酯型接枝淀粉表面施膠劑。研究出了較佳的聚氨酯預(yù)聚體和施膠劑的合成條件，表明在適宜的條件下，施膠劑具有良好的性能。

3.淀粉-聚氨酯復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1 淀粉-聚氨酯復(fù)合材料在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

淀粉-聚氨酯高吸水性樹脂由于其特殊的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)和吸水性能，使其在醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，高鵬等[5]通過用三羥甲基丙烷二烯丙基醚對不飽和聚酯酰胺脲進(jìn)行封端，得到了一種可用作藥物緩釋載體的親水性良好的可降解材料，該材料對親水性模型藥物鹽酸環(huán)丙沙星具有良好的緩釋效果，有望作為潛在的藥物緩釋載體。其缺點(diǎn)是成本較高。無毒生物吸收聚氨酯和醫(yī)用可降解聚氨酯是可降解聚氨酯材料研發(fā)的重點(diǎn)和發(fā)展方向。

3.2 淀粉-聚氨酯復(fù)合材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

淀粉-聚氨酯復(fù)合材料在農(nóng)林園藝等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在農(nóng)田抗旱保水、作物保苗增產(chǎn)、荒漠治理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，是一種新型的土壤改良劑和農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水材料。傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)單元一般多呈疏水性能，泡沫整體對水的親和力差，難于用于無土栽培。何飛等[6]在傳統(tǒng)聚氨酯泡沫基礎(chǔ)上引入親水基團(tuán)，制備得親水性聚氨酯泡沫，其吸水率達(dá)，使其具有親水，保水，保肥能力。

4.發(fā)展趨勢與展望

生物可降解高分子材料是一類極具前途的高分子材料。值得材料研究工作者為之奮斗。世界各國也在竭力研究和開發(fā) 并推廣其應(yīng)用。為了使生物降解高分子材料更好地服務(wù)人類。今后的主要研究領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)是：對現(xiàn)有的降解高分子進(jìn)行改性。降低可生物降解材料成本。用新方法合成新穎結(jié)構(gòu)的降解高分子。材料精細(xì)化。利用綠色天然的物質(zhì)制降解的高分子材料。雖然很多技術(shù)問題仍等待解決。但隨著人們能源危機(jī)意識和環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)。生物降解材料作為一種解決資源緊張、治理環(huán)境污染等難題的全新技術(shù)，必將進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ?。在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，具有很好的發(fā)展前景。

[1]Leng Yamei，Zhang Yu，Chen Xiaoxia,et a1.Hydrophobic Thermoplastic Starches Modified with Polyester-Based Polyurethane Microparticle s:Effects of Various Diisocyanates[J].Ind.Eng.Chem.Res.2011，50：11130-11135.

[2]Zhang Yu，Huang Yan，Chen Xiaoxia，et a1.Tough Thermoplastic Starch Modified with Polyurethane Microparticles:The Effects of NCO Content in Prepolymers[J].Ind.Eng.Chem.Res.2011，50：11906 11911.

[3]Wu Qiangxian，Chen Xiaoxia，Zhang Yu，et a1.Tough Thermoplastic Starch Modified with Polyurethane Microparticles:The Effects of Processing Temperatures[J].Ind.Eng.Chem.Res.2011，50：2008 2014.

[4]陳夫山，趙 華，宋曉明.聚氨酯接枝淀粉的合成及應(yīng)用[J].中國造紙學(xué)報(bào)，2011，26(2):33-36.

[5]高 鵬，郭文迅，李丹.新型不飽和聚酯基親水性藥物緩釋材料的制備[J].應(yīng)用化工，2012，41（1）：1-4.

[6]何 飛，駱 毅，邵超群，等.無土栽培基質(zhì)親水性聚氨酯泡沫制備及其理化性質(zhì)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,1:108-110.