淀粉在改性水性聚氨酯中的应用

1 淀粉改性剂

      淀粉（starch）分为直链淀粉与支链淀粉， 来源广，价格低廉。直链淀粉是 D- 葡萄糖残基以 α-1，4- 苷键连接的多糖；支链淀粉是 D- 葡萄糖残基的一部分以 α-1，6-苷键连接而成的多糖。不同淀粉的相对分子质量及支化程度有显著差异。与具有大量支链的支链淀粉相比，直链淀粉结晶性高，能提高改性材料的拉伸强度等性能，具有与热塑性塑料相类似的性能。淀粉是天然材料，其生物降解性非常好。

      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， 或者利用淀粉作为共混改性剂制备水性聚氨酯，提高水性聚氨酯材料的可生物降解性、机械性能和降低成本。用于水性聚氨酯改性的淀粉可以是天然淀粉，也可以是经过化学处理的改性淀粉、纳米淀粉、氧化淀粉、交联淀粉和液化淀粉。

2. 淀粉改性水性聚氨酯的研究进展

      以二苯基甲烷二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）为硬段， 聚氧化丙烯二元醇（GE210）为软段，乙二胺（EDA）为扩链剂，制备了具有良好分散性的阴离子水性聚氨酯脲（PUU） 分散液，并用可再生的氧化玉米淀粉对其进行了交联改性。测试结果表明 ：加入氧化交联淀粉后，水性 PUU分散液的表面张力增加，成膜后的力学性能得到改善。同时随氧化淀粉用量的增大，水性 PUU膜的拉伸强度也逐渐增大。

      用糯玉米淀粉纳米晶制备了高强度弹性水性聚氨酯纳米复合材料（WPU）。把糯玉米淀粉在硫酸中水解，制成平均直径 25~40 nm的片状纳米淀粉晶体，直接与多异氰酸酯反应，制成一系列不同含量纳米晶的水性聚氨酯复合材料。分析结果表明 ：该复合膜在相对湿度 75% 下放置 1周，杨氏模量从 0.6 MPa 增加到 3.2 MPa，拉伸强度从10.4 MPa 增加到 24.1 MPa，断裂伸长率变化很小。此外，该 WPU 基复合材料具有良好的热稳定性。为制备高强度水性聚氨酯弹性体提供了一个新的“环境友好型” 的途径。

      用硫酸水溶液对马铃薯淀粉进行处理， 利用超声波制得淀粉纳米晶（StN）， 制成了水性聚氨酯纳米复合材料。 该材料呈现良好的强度、延伸率和杨氏模量。 StN 含量为 2% 时，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为 28.6 MPa 和 1 406.6%，是未改性 WPU 的 2.6 和 1.7 倍。接枝反应抑制了物理变化，增加了复合物的网络密度。

      在 淀 粉 纳 米 晶（StN）粒子表面上利用己内酯开环聚合，制得接枝聚己内酯（PCL） 分子链（StN-graft-PCL）。将接枝改性的 StN 通过共混方式引入到 WPU 基体中，对 WPU/StN-graftPCL 纳米复合物结构及性能的测试、分析可知，与未改性的 WPU 相比，5%StN-graft-PCL 添加量的 WPU的拉伸强度和断裂伸长率显著提高。研究结果表明 ：拉伸强度和断裂伸长率的同时增大归因于 StN-graftPCL 在 WPU 基体中的均匀分散，以及硬质 StN 的强化作用和接枝 PCL 分子链的缠绕。