可降解淀粉-聚氨酯復合材料的制備及應用

王雪（西北民族大學化工學院甘肅 蘭州730030

王斌斌（太原工業學院電子工程系山西 太原030008）

由于石化產品的短缺，人們開始從可再生天然資源中開發環境友好型聚合材料，如淀粉、纖維素、果膠和蛋白質等。它們具有可再生，可生物降解，價廉的優點，而且可以根據它們的特性和用途改性成不同的分子結構以滿足人們生產和生活的需要。

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合成聚氨酯，對聚氨酯結構性能上也有一定的影響。一種有效的化學改性方法可以使淀粉上的羥基官能團和異氰酸鹽或聚氨酯預聚體發生高效反應。聚氨酯被認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]將多種聚氨酯的預聚體和熱塑性淀粉混合制得改性熱塑性淀粉。當疏水性的異腈酸酯含量增加時，改性熱塑性淀粉的機械性能得到提高。

由于異腈酸酯基團的含量影響淀粉-聚氨酯復合材料的性能，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含量的異腈酸酯預聚體和淀粉與水的混合物混合反應，制得改性熱塑性淀粉。研究了異腈酸酯基團含量對改性熱塑性淀粉的結構及性能的影響。結果表明，異腈酸酯預聚體反應的比例達99.8 %。幾乎完全與淀粉交聯。隨著預聚體中-NCO基團含量的增加，復合材料的性能提高。

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聚體間強烈的反應較純淀粉得到顯著提高。反應在60-90℃下進行所得的改性TPS材料具有相似的形態，熱學行為及力學性能。

2.淀粉-水性聚氨酯復合材料的制備

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。后兩者又統稱為聚氨酯分散液會聚氨酯乳液。區分并不嚴格。實際應用中，后兩者居多。水性聚氨酯是水性膠黏劑，涂料和其它應用形態的基礎樹脂。

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的新型表面施膠劑。陳夫山等[4]以聚氨酯預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-聚氨酯復合材料的應用

3.1 淀粉-聚氨酯復合材料在醫藥領域的應用

淀粉-聚氨酯高吸水性樹脂由于其特殊的化學成分、物理結構和吸水性能，使其在醫療衛生等領域得到了廣泛的應用，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。其缺點是成本較高。無毒生物吸收聚氨酯和醫用可降解聚氨酯是可降解聚氨酯材料研發的重點和發展方向。

3.2 淀粉-聚氨酯復合材料在農業領域的應用

淀粉-聚氨酯復合材料在農林園藝等領域也得到了廣泛的應用，尤其是在農田抗旱保水、作物保苗增產、荒漠治理等方面有著廣闊的應用前景，是一種新型的土壤改良劑和農業抗旱節水材料。傳統的聚氨酯泡沫結構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]在傳統聚氨酯泡沫基礎上引入親水基團，制備得親水性聚氨酯泡沫，其吸水率達，使其具有親水，保水，保肥能力。

4.發展趨勢與展望

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 并推廣其應用。為了使生物降解高分子材料更好地服務人類。今后的主要研究領域應當是：對現有的降解高分子進行改性。降低可生物降解材料成本。用新方法合成新穎結構的降解高分子。材料精細化。利用綠色天然的物質制降解的高分子材料。雖然很多技術問題仍等待解決。但隨著人們能源危機意識和環保意識的不斷增強。生物降解材料作為一種解決資源緊張、治理環境污染等難題的全新技術，必將進入人們日常生活。在各領域得到廣泛應用，具有很好的發展前景。

[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用[J].中國造紙學報，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].應用化工，2012，41（1）：1-4.

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