摘要：研究了含有天然纤维素材料的植物原料，聚乙二醇，聚酯多元醇液化过程及改性聚氨酯的生产。介绍了植物纤维改良PU,包括小麦秸秆纤维改性PU、水稻改良PU、甘蔗渣改良CP以及茎皮改良PU等；介绍了植物废弃物处理方法，并对其利用价值进行探讨。通过研究发现：植物废弃物是一种很好的生物质资源，可用于制备新型PU材料。同时也为农作物秸秆提供了新的资源化途径。重点介绍树皮主要组分单宁改性淀粉PU耐水性抗菌性及热稳定能力。这种植物原材料经过液化改性后可以取代部分石油多元醇，以适应特性不同的高附加值聚氨酯的市场需求，和在环卫、家电、食物打包和保温隔热工程等应用中的应用。 关键词：纤维；单宁；聚氨酯
聚酯多元醇
一.植物原料的液化和聚氨酯制备
植被原料的可液化性是指按照天然植被原材料的木质素浓度和化学成分的差异，选用各种相对分子质量的聚乙二醇和聚酯多元醇作液化改造剂，并采取无溶液可再生的化学环境保护法实现。先用棒槌型粉碎机，把植被原材料捣碎并通过100目筛，然后在105℃电烤箱中继续
使用约二十四h，最后储存于风干器中即可；在带有机械搅动、水温计和回流冷凝装置的三颈瓶中完成了液化反应，在化学反应完成后将三颈瓶置于冷水浴中冻结，停止化学反应。目前聚氨酯生产采取的常规方式，即针对各种植物纤维的聚合度，选用配合催化剂与多异氰酸酯反应制取。
二.各种植物原料改性PU
（一）植物纤维改性PU
因为植物原材料成分的复杂性，对各种植物原材料改良PU的功效也不尽相同。在二零零二年，首次研究了对两种聚集度不同的黄麻纤维和芦荻玻璃纤维的液化和PU改性。研究结果显示，这两种玻璃纤维都可以改善聚氨酯的抗压能力和弹力模量。由于麻纤维纤维素聚集度高，玻璃纤维较长，在聚氨酯泡沫体中产生了很好的增强效果。而麻化纤零点五化纤素是一种不均一聚糖且含较多侧链,MD坂必须能够生成良好的交联网状结构。因此,PU具有较高的耐热性及热稳定性；而棉/聚酯复合体系中麻化纤含量越多,PU的耐热稳定性越差。此外，还研究了不同配比对PU性能的影响。用热重析法（TG）测定了不同种类的化纤及植物原料对聚氨酯的初始分解温度影响。采用芦苇纤维，麻纤维对PU进行改性，可以使P
U初始分解温度115℃分别升高到182℃,196℃。所以在聚氨酯的制备过程中适量注入纤维素，不但能增加机器高度，同时还可增加抗热能力和组织安全性。这一研发成果将能够在耐高温保温材料应用领域中进行广泛应用。
（二）玉米秸秆改性PU
发光片玉米秸秆为废弃可再生资源，含纤维素30%～35%。采用化学方法对其进行改性处理，制备出具有良好力学性能和生物降解性能的木质素基生物质材料。以它为原料通过液化得到羟值196mgKOH（g）的聚醚聚酯多元醇（PEPL）,并用此液化产物成功合成出密度28～59kg/m3，压缩强度98～330kPa聚醚酯型聚氨酯发泡体。采用小麦秸秆改性的聚氨酯除具备一般聚氨酯的所有优异特性之外，还具备优异的生物降解特性。仿自然条件降解试验结果证明，聚氨酯中玉米秸浓度越高，材料生物降解性能则较好，符合出口包装材料产品如高精密仪器，仪表产品及易碎工艺品的要求。
（三）稻草改性PU
稻草液化改性后酸值变化不显着，表明体系中羟基基本未发生氧化。另一方面体系羟值基
本上是先变后升的过程。液化改性160 min为宜，液化产品羟值350～390mgKOH/g左右，已经完全满足硬泡防水材质发泡特点。另外，该产物还具有良好的阻燃性能和一定程度的力学性能。最后通过正交实验得到最优工艺条件：反应温度80℃、反应时间2小时、催化剂用量2%,水与原料质量比为1∶4。得到的发锅体热密度在30—42Kg／m3之间，热压力强度在180—360KPa之间，导热系数在0.021—0.029瓦／(mK)之间。该改性材料已应用于太阳能热水器系统保温层。
（四）甘蔗渣改性PU
截瘫支具
2003年，曾对含有木材素的甘蔗渣液化过程中，木品质组成的改变开展了红外光谱跟踪，结果表明：甘蔗渣木质苯环1506cm-1,1603cm-1特征峰未在完全液化残留物中到，亦证明甘蔗渣木量完全液化。所以，残留中1730cm-1的羰基峰并非指木材素的主要表征峰，而可归结为内酯键的形成，且还可观测到随着完全液化反应开始而呈上升的态势，所以完全液化产物为聚醚聚酯或多元醇。而我国东京高等学校也报告了在木粉的完全液化过程中木质量无法液化的结论，是由于完全液化结构与木质素结构差异有关。甘蔗渣的液化率可到百分之九十六，聚醚的多元醇羟值约为280~380mgKOH/g，可以满足对高强硬的泡
沫中多元醇的需求，可作为原料的聚氨酯发泡原理体压在32～50kg/m3左右，压缩硬度在80～150k Pa左右，导热系数在0.0207～0.0297瓦/米K左右，可满足仿木聚氨酯，包装材料及高保温性能隔热材料等方面的要求【1】。
免火再煮锅（五）树皮改性PU
黑饼干 树皮为造纸厂废弃物，用其改性后的聚氨酯除具有上述植物原料所共有的特性外，又发现有一定抗菌性能。树皮中含有多种对树木生长有益的成分，可以有效地防止病虫侵害；另外，树皮本身含有丰富的天然物质—木质素（主要为单宁），并有大量的羧基及羟基存在。这些基团使树皮成为一种优良的化学缓释材料。树皮聚氨酯材质能够促进土壤细菌的生长繁殖，并通过自然生物分解（如水解、氨解）产生大量的氨类化合物或脲类化合物，从而达到肥料的目的。近年来树皮聚氨酯材料在杀虫剂及其他化肥防治缓释载体方面的应用研究结果表明：树皮聚氨酯材料不仅能抑制缓释作用，而且对不同种类氮肥的施入有吸收作用，对重金属离子如锌，铜，镉以及蛋白质也有很强的吸收作用，该类聚氨酯材料有希望用于工业废水处理及环境净化处理。抗菌聚氨酯过滤材料现已研制成功，并有望用于空调过滤器，吸尘器过滤网及汽车空调。
（六）单宁改性PU材料
由于树皮成分的复杂性，在此重点介绍树皮中主要成分单宁的最新研究现状。
①单宁改性淀粉PU
Sonal D等人曾研究将淀粉生产物在聚丙二醇（PPG）中完全液化后，与2，4甲基乙烯二异氰酸酯化学反应而获得的淀粉聚氨酯，但其伸展性硬度仅为约4 MPa，而淀粉材料的力学及热学特性差，耐水性及耐霉菌性差，从而限制了该技术的应用。
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在前人无污染液化方法的基础上，利用该液化方法对单宁和淀粉进行混合液化，成功地在淀粉聚氨酯的结构中引入单宁成分，对聚氨酯的性能和机理进行了深入的研究。
1.耐水性
淀粉膜几乎全部都可溶于水中，所以无法单纯当作建筑材料应用。对其进行聚氨酯交联处理，使得其的抗水特性由百分之零点二提升到了百分之十二，而再使用单宁对其改性后生产的淀粉聚氨酯，其抗水特性更可提高到百分之五十四。也因此，单宁成分能更有效地改善淀粉聚氨酯的耐水性。
2.分子间氢键作用
使用近红外光谱技术对单宁与改性淀粉的PU分子间氢键活性进行了评估。结果显示，由于单宁浓度的提高，在3300cm-1附近吸收峰的位置上出现了从高波形函数向低波数再回到高波形函数的转变。由此证明，淀粉与单宁组成之间也有分子间氢键相互作用。新单宁的引入也增加了淀粉与原单宁分子物质之间的氢键相互作用，而当单宁质量分数约为百分之六十时其影响达到了最高，添加过量单宁反而也会减少了分子间氢键相互作用。这一规律也与机械性能的变化结果一致。
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