可降解淀粉-聚氨酯复合材料的制备及应用

王雪（西北民族大学化工学院甘肃 兰州730030

王斌斌（太原工业学院电子工程系山西 太原030008）

由于石化产品的短缺，人们开始从可再生天然资源中开发环境友好型聚合材料，如淀粉、纤维素、果胶和蛋白质等。它们具有可再生，可生物降解，价廉的优点，而且可以根据它们的特性和用途改性成不同的分子结构以满足人们生产和生活的需要。

1.聚氨酯改性热塑性淀粉的制备

不同种类的多元醇与异氰酸酯反应合成聚氨酯，对聚氨酯结构性能上也有一定的影响。一种有效的化学改性方法可以使淀粉上的羟基官能团和异氰酸盐或聚氨酯预聚体发生高效反应。聚氨酯被认为是一种高性能和可生物降解的材料，将它引入淀粉中后可以得到具有韧性和可生物降解性能的热塑性材料。

Leng等[1]将多种聚氨酯的预聚体和热塑性淀粉混合制得改性热塑性淀粉。当疏水性的异腈酸酯含量增加时，改性热塑性淀粉的机械性能得到提高。

由于异腈酸酯基团的含量影响淀粉-聚氨酯复合材料的性能，因此很多研究者对其做了深入研究和探讨。Zhang等[2]通过不同异腈酸酯基团含量的异腈酸酯预聚体和淀粉与水的混合物混合反应，制得改性热塑性淀粉。研究了异腈酸酯基团含量对改性热塑性淀粉的结构及性能的影响。结果表明，异腈酸酯预聚体反应的比例达99.8 %。几乎完全与淀粉交联。随着预聚体中-NCO基团含量的增加，复合材料的性能提高。

虽然聚氨酯改性热塑性淀粉的性能较好且应用广泛，但在制备的过程中受很多因素的影响。Wu等[3]通过在不同温度下制得改性TPS淀粉，其硬度，疏水性都由于淀粉与聚氨酯预聚体间强烈的反应较纯淀粉得到显著提高。反应在60-90℃下进行所得的改性TPS材料具有相似的形态，热学行为及力学性能。

2.淀粉-水性聚氨酯复合材料的制备

水性聚氨酯是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂，有人称水系聚氨酯或水基聚氨酯。依其外观和粒径将水性聚氨酯分为三类：聚氨酯水溶液，聚氨酯分散液，聚氨酯乳液。后两者又统称为聚氨酯分散液会聚氨酯乳液。区分并不严格。实际应用中，后两者居多。水性聚氨酯是水性胶黏剂，涂料和其它应用形态的基础树脂。

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个羟基，可作为多元醇与异氰酸酯反应合成水性聚氨酯。聚氨酯型接枝淀粉表面施胶剂是近年开发的新型表面施胶剂。陈夫山等[4]以聚氨酯预聚体作为抗水性单体合成了聚氨酯型接枝淀粉表面施胶剂。研究出了较佳的聚氨酯预聚体和施胶剂的合成条件，表明在适宜的条件下，施胶剂具有良好的性能。

3.淀粉-聚氨酯复合材料的应用

3.1 淀粉-聚氨酯复合材料在医药领域的应用

淀粉-聚氨酯高吸水性树脂由于其特殊的化学成分、物理结构和吸水性能，使其在医疗卫生等领域得到了广泛的应用，高鹏等[5]通过用三羟甲基丙烷二烯丙基醚对不饱和聚酯酰胺脲进行封端，得到了一种可用作药物缓释载体的亲水性良好的可降解材料，该材料对亲水性模型药物盐酸环丙沙星具有良好的缓释效果，有望作为潜在的药物缓释载体。其缺点是成本较高。无毒生物吸收聚氨酯和医用可降解聚氨酯是可降解聚氨酯材料研发的重点和发展方向。

3.2 淀粉-聚氨酯复合材料在农业领域的应用

淀粉-聚氨酯复合材料在农林园艺等领域也得到了广泛的应用，尤其是在农田抗旱保水、作物保苗增产、荒漠治理等方面有着广阔的应用前景，是一种新型的土壤改良剂和农业抗旱节水材料。传统的聚氨酯泡沫结构单元一般多呈疏水性能，泡沫整体对水的亲和力差，难于用于无土栽培。何飞等[6]在传统聚氨酯泡沫基础上引入亲水基团，制备得亲水性聚氨酯泡沫，其吸水率达，使其具有亲水，保水，保肥能力。

4.发展趋势与展望

生物可降解高分子材料是一类极具前途的高分子材料。值得材料研究工作者为之奋斗。世界各国也在竭力研究和开发 并推广其应用。为了使生物降解高分子材料更好地服务人类。今后的主要研究领域应当是：对现有的降解高分子进行改性。降低可生物降解材料成本。用新方法合成新颖结构的降解高分子。材料精细化。利用绿色天然的物质制降解的高分子材料。虽然很多技术问题仍等待解决。但随着人们能源危机意识和环保意识的不断增强。生物降解材料作为一种解决资源紧张、治理环境污染等难题的全新技术，必将进入人们日常生活。在各领域得到广泛应用，具有很好的发展前景。

[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]陈夫山，赵 华，宋晓明.聚氨酯接枝淀粉的合成及应用[J].中国造纸学报，2011，26(2):33-36.

[5]高 鹏，郭文迅，李丹.新型不饱和聚酯基亲水性药物缓释材料的制备[J].应用化工，2012，41（1）：1-4.

[6]何 飞，骆 毅，邵超群，等.无土栽培基质亲水性聚氨酯泡沫制备及其理化性质[J].浙江农业科学，2012,1:108-110.