聚氨酯是由多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)制得的一類主鏈上帶有重復(fù)-NHCOO-基團(tuán)的聚合物的總稱，因其性能優(yōu)異、調(diào)控范圍廣而廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、醫(yī)用、建筑等各個領(lǐng)域。目前，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所生物基材料重點實驗室研究員萬曉波帶領(lǐng)的生物基及仿生高分子團(tuán)隊在聚氨酯材料研究中取得新進(jìn)展，成功開發(fā)出兩類新型聚氨酯材料：聚氨酯水凝膠及單組份聚氨酯水固化防水涂料。
聚氨酯水凝膠兼具水凝膠和聚氨酯的優(yōu)點，機(jī)械強(qiáng)度高，性能調(diào)控范圍廣，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域。其中，高抱水量、高機(jī)械強(qiáng)度的單組份聚氨酯水凝膠具有施工方便、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢，可作為一種優(yōu)異的高分子聚合物固沙材料，用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)、水土流失防治等領(lǐng)域。雖然國內(nèi)也有此類聚氨酯材料相關(guān)研究報道，但尚不能合成該材料，而主要依賴于進(jìn)口。近日，該團(tuán)隊研究人員通過對親水性聚氨酯樹脂分子結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計，調(diào)整了聚合物中鏈段排布方式及功能基團(tuán)的密度，促使凝膠時形成均勻而致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，突破了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，合成了具有高抱水量（最高可達(dá)自身體積40倍）、高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異乳化性能的聚氨酯樹脂（圖1）。該聚氨酯水凝膠所用均為工業(yè)原料，成本低廉，可望在實際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用，有望打破國外企業(yè)對此類材料的壟斷。
在此基礎(chǔ)上，研究人員通過對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步拓展了該聚氨酯樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域，成功開發(fā)出具有高拉伸強(qiáng)度、高斷裂伸長率的聚氨酯防水涂料。該涂料為單組份水固化聚氨酯防水涂料，具有良好的水中分散性能，施工時加入20～50％的水?dāng)嚢杈鶆蚪?jīng)固化后即可形成致密的聚氨酯彈性體涂膜（見圖2），環(huán)保無毒，具有高度安全性。
目前，該團(tuán)隊在進(jìn)行聚氨酯水凝膠及單組份聚氨酯水固化防水涂料的中試及產(chǎn)業(yè)化示范線的建設(shè)，以期盡快實現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用。
該項目得到了中科院“百人計劃”項目以及合作企業(yè)資金支持。
圖1 單組份聚氨酯水凝膠水中乳化及凝膠圖片。A：實驗室合成的親水性聚氨酯樹脂；B：水中自乳化；C、D：與水反應(yīng)后形成的水凝膠。
圖2 噴灑聚氨酯防水涂料前（左）后（右）表面親水性的變化
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