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用天然高分子开发新型聚氨酯原料 |
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| http://cn.newmaker.com
3/31/2007 12:14:00 PM
上海合成树脂研究所 徐炽焕
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据英国IAL集团预测，中国的聚氨酯产量将从2004年的270万吨增加到2009年的400万吨，年增长率达到7.8%。作为生产聚氨酯的主要原料之一，聚醚多元醇的来源主要是石油，为了减少对石油的依赖，许多专家已把研究方向转向天然高分子化合物。
天然高分子化合物如淀粉、纤维素、木质素等作为可再生资源，来源丰富，价格便宜，而且不污染环境。它们又都是多羟基化合物，因而可代替原用的聚醚多元醇作为生产聚氨酯的原料，这对节约能源、减少环境污染等方面都具有重要的意义。
用淀粉取代聚醚多元醇
从上世纪70年代开始，人们就开始致力于用可生物降解的淀粉作为原料的研究。如有人用直链或支链淀粉部分（50%）取代聚醚多元醇以制备聚氨酯泡沫，研究了不同分子量（300、1000、2000、6000）的聚醚多元醇对聚氨酯密度、压缩强度、玻璃化温度等性能方面的影响。此外，国内一些大学的学者用玉米淀粉部分取代聚醚多元醇，制备高吸水性的聚氨酯泡沫材料。还有人向聚醚型聚氨酯预聚体中添加木薯淀粉制成聚氨酯弹性体。又如有人利用淀粉与环氧丙烷开环聚合，成功合成了含有五个羟基的聚醚多元醇。这些都为淀粉的利用和聚氨酯工业做出了一定的贡献。
用纤维素部分代替聚醚多元醇
我们知道，纤维素是地球上储量最大的天然高分子化合物，早在上世纪20年代，英、美、法、日等国已先后用天然纤维与异氰酸酯反应，从而制得聚氨酯板材。成品率高，质地好。利用麻纤维和芦苇制得的聚氨酯材料，其密度可达40kg/m3，压缩强度达150kpa，弹性模量4Mpa。
用木质素部分代替聚醚多元醇
木质素在结构上与上述的淀粉和纤维素稍有不同，木质素除了含有大量脂肪族的羟基结构外，还含有大量的芳香族羟基，即酚基结构，这些基因都可与异氰酸酯反应从而得到聚氨酯。但由于木质素的相对分子量分布较宽，不同木质素原料中的各种官能团的含量不同，因此反应得到的产物性能也不一致，大大限制了它的应用。但如将木质素进行分级后，采用中等分子量、分布较为均匀的木质素 (Mw=1700, Mw/Mn=2.0) ，与异氰酸酯和聚醚三元醇在室温下共同反应，可制成聚氨酯透明薄膜。
另外，在木材中不但含有木质素，还含有一定数量的单宁，如黑荆树树皮中单宁含量达到50%，单宁也是含有大量酚羟基和醇羟基的天然高分子化合物，因此很容易与异氰酸酯反应制得聚氨酯弹性体。而随着单宁含量的增加，弹性体的密度呈线性缓慢增加，其强度、弹性模量则按指数关系增加。如果用二异氰酸酯和单宁改性后，产品具可生物降解性。也有报道可以茶叶中的茶单宁为原料来制得可生物降解的聚氨酯。
总之，利用淀粉、纤维素、木质素等天然高分子材料代替原来的聚醚多元醇以制备聚氨酯的研究方兴未艾，尤以日本、德国的研究工作比较活跃。但因目前价格较高，尚未有商品开发成功。由于这一路线原料成本低，可再生，产品可降解，其机械性能、热稳定性能均有提高。所以要加强改性研究，改进工艺，降低分子极性、熔点和粘度。提高与异氰酸酯的相容性和反应活性，使这一工艺路线逐步成熟起来，一定会在将来聚氨酯的生产中起主导作用，从而推动聚氨酯工业不断向前发展。
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