生物降解高分子

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1、基于树皮（缩合单宁）的聚氨酯材料聚酯型聚醚型强度高，耐磨性、耐撕裂性、耐油性好耐水解、耐霉菌、耐挠曲性相对好些聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。其基本反应是由二元或多元异氰酸酯（主要为甲苯二异氰酸酯TDI和二苯基甲烷二异氰酸酯MDI）的异氰酸根与多元醇的羟基作用。按多元醇种类不同分为聚酯型和聚醚型的聚氨酯。一、前言聚氨酯具有优越的性能，如弹性、粘结性、耐磨性、耐低温性及发泡性等，从而可以制得聚氨酯发泡塑料，且密度低、机械性能好。在材料加工方面，聚氨酯的优势是其他高分子材料望尘莫及的。因此，聚氨酯在军民工业中都有很广泛的应用。20世纪90年代以来，我国聚

2、氨酯工业发展迅速，年增长率约18%，2000年时已超过80万吨。普通聚氨酯的原料完全来自石油工业，是典型的“白色”高分子材料，制品废弃后难以分解和回收处理，是“白色污染”主要源头之一。开发可降解的绿色聚氨酯材料已经成为一个迫切的课题！“白色”聚氨酯“白色”污染为开发生物可降解材料，人们已经把目光投向天然植物原料，如淀粉、纤维素、甲壳素等。但这些材料制得的制品，或是性能不佳难以实际应用，或是成本太高，经济性不佳，又或者是以粮食、木材等为原料（可谓是扶不起的阿斗）。如果用宝贵的森林资源和粮食来换取一些昂贵的可降解塑料，这绝对是得不偿失的。我国的森林

3、资源并不丰富，而且粮食也不很充裕，因此开发生物降解性材料，不应以破坏森林资源和生态环境为代价。我们的新思路是，利用废弃的植物原料代替部分石油原料来合成聚氨酯，使植物原料达到100%利用率，实现或部分实现全方位环保生产。而又不会占用森林资源和粮食资源。二、实验单宁（Tannin）单宁又称单宁酸、鞣质,存在于多种树木(如橡胶树和漆树)的树皮和果实中，含量可达50%～70%。长期以来仅被我国人民用来鞣制生皮使其转化为革。缩合单宁单宁=苯环+六元醚环+酚羟基+醇羟基1、单宁聚氨酯模型化合物的合成以儿茶素和苯异氰酸酯的反应来模拟单宁和二异氰酸酯的反应自然

4、界中，单宁以具有大量酚羟基和少量醇羟基的高聚物形式存在，能否以单宁代替多元醇来合成聚氨酯是开发这一材料的关键儿茶素对上述反应的产物进行核磁共振表征，发现其结构如下所示。从这些产物的结构我们可以发现，醚环上的醇羟基都未发生反应，只是右侧苯环上的酚羟基被取代。随温度升高，及催化剂的加入，反应速率加快。2单宁聚氨酯材料的性能测试实验以既能溶解单宁又与单宁反应性相匹配的癸二酸酯，并在选择合适催化剂的基础上与多种二异氰酸酯反应，合成一系列聚氨酯弹性体。经研究表明：聚氨酯弹性体中，随单宁含量的增加，弹性体的密度成线性缓慢上升，而强度和模量成指数关系上升。说

5、明，单宁在弹性体中起到了交联的作用。3微生物降解实验为与通常的聚氨酯弹性体进行比较，采用相同的合成方法，以三羟基甲基丙烷(TMP)代替单宁合成TMP聚氨酯作为对照物，对几种不同木材腐朽菌进行降解对照实验。TMP聚氨酯很难被分解，而单宁聚氨酯的质量损失则较明显。实验结论儿茶素模型化合物的合成单宁可作为多元醇组分参与合成聚氨酯单宁聚氨酯材料性能的测试单宁在弹性体中起到交联骨架作用微生物降解实验单宁在聚氨酯材料中保持了生物活性，而使材料拥有良好的降解性三、树皮合成的生物可降解聚氨酯材料树皮的组成复杂，但是在所合成的聚酯中溶解率仍达到90%，而且合成的

6、聚氨酯弹性体性质与单宁聚氨酯弹性体性质很相似。因此树皮可以直接用于聚氨酯的合成，而不需要提纯单宁，大大简化了工序，降低了生产成本。更为有意义的是，由于树皮含有纤维素，比纯粹的单宁聚氨酯显示出更好的微生物分解性。树皮中单宁的含量和性质因产地的不同而存在差异，这为满足不同使用需求，实现材料的差异化生产提供了可能聚氨酯合成中多元醇所占比例最大，对性能和成本影响也最大。也即，单宁的性质决定着聚氨酯材料的基本性质。聚醚型聚酯型过多的醚键使得材料质地偏软，压缩强度和回弹性不佳缺少醚键而使回弹性下降单宁分子中刚性苯环有效提高压缩强度，六元醚环有效提高了弹性，

7、材料具备了聚醚型、聚酯型聚氨酯的双重优点单宁聚氨酯树皮聚氨酯的优点：1、兼有聚醚型和聚酯型聚氨酯的优点，具有较高压缩强度和高回弹率2、生物降解性能甚至优于单宁聚氨酯3、成本较之普通聚氨酯低15~20%更为独特的是，具有化学回收利用的潜力：树皮聚氨酯单宁+某胺合成异氰酸酯的中间体不仅仅把降解作为废弃物分解消失的手段，而是使它成为新材料生产的一个步骤，不仅消除了废弃物的污染，也节约了资源。普通降解材料CO2+H2O无利用价值的气体树皮聚氨酯高性能保温材料防震包装材料高回弹海绵四、应用前景Thanksforyourattention!