聚氨酯是由多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)制得的一類(lèi)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(gè)領(lǐng)域。目前，中國(guó)科學(xué)院生物基材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室萬(wàn)曉波研究員帶領(lǐng)的生物基及仿生高分子團(tuán)隊(duì)在聚氨酯材料上取得重要進(jìn)展，成功開(kāi)發(fā)出兩類(lèi)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(diǎn)，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(shì)，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(guó)內(nèi)也有此類(lèi)聚氨酯材料相關(guān)研究報(bào)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(duì)研究人員通過(guò)對(duì)親水性聚氨酯樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)，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(shí)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)為自身體積40倍）、高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異乳化性能的聚氨酯樹(shù)脂（圖一）。該聚氨酯水凝膠所用均為工業(yè)原料，成本低廉，可望在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用，有望打破國(guó)外企業(yè)對(duì)此類(lèi)材料的壟斷。
A：實(shí)驗(yàn)室合成的親水性聚氨酯樹(shù)脂B：水中自乳化C、D：與水反應(yīng)后形成的水凝膠
圖一單組份聚氨酯水凝膠水中乳化及凝膠圖片
在此基礎(chǔ)上，研究人員通過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步拓展了該聚氨酯樹(shù)脂的應(yīng)用領(lǐng)域，成功開(kāi)發(fā)出具有高拉伸強(qiáng)度、高斷裂伸長(zhǎng)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(shí)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(jiàn)圖二），環(huán)保無(wú)毒，具有高度安全性。
圖2噴灑聚氨酯防水涂料前（左）后（右）表面親水性的變化
目前，該團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用。
該項(xiàng)目得到了中科院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目以及合作企業(yè)資金支持。
