Page 31 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 庄 雨，等: 生物基聚氨酯乳液的研究进展 ·2573·

单地控制其性能，如紫外线吸收、防腐和长期抗菌 4 结束语与展望
性能等。用不同酸制备的 PU 薄膜的紫外透射光谱如
图 4 所示。 生物基聚氨酯乳液的发展趋势是向高生物基含
量、多功能化、无溶剂化 [88] 或者绿色溶剂化等方向
发展。目前，生物基聚氨酯乳液的规模化应用还面
临以下挑战：（1）生物基原料的产量有限，价格较
高。随着需求的上升，技术的进步，产量将会提高，
价格竞争力也会增加。（2）现有多数产品生物基含
量不高。随着技术的进步和环境保护的需要，相关
的法律法规会愈发严格，对于相应的产品的生物基
含量要求会逐步提高。尽管聚氨酯乳液已有足够多
的生物基原料可选择，但其仍受制于原料的产量小
以及成本高、市面上高生物基含量的产品较少等问

注：Asp 为天冬氨酸；Glu 为谷氨酸；HCl 为盐酸；GA 为乙醇酸； 题。然而，随着原料产量的提升、成本的下降以及
HAc 为乙酸；PU-Asp80Ⅱ中 80 表示中和剂酸占 N-甲基二乙醇胺
物质的量的 80%，Ⅱ表示该样品使用的是羟值为 208 mg KOH/g 的 研发投入，高生物基碳含量的产品将会越来越多。
蓖麻油，没有Ⅱ则表示该样品使用的是羟值为 164 mg KOH/g 的蓖 （3）生物基的引入可能会降低聚氨酯乳液的性能，
麻油 如材料力学性能、产品颜色和耐候性等。为了提高
图 4 不同酸制备的 PU 膜的紫外透射光谱 [86]
Fig. 4 UV transmission spectra of PU films prepared with 生物基含量而牺牲材料的性能是研究人员和使用者
different acids [86] 所不希望的。因此，该领域的研究必须高度重视。

（4）合成过程中有毒和有害的有机溶剂的使用。合
值得注意的是，在 600~800 nm 范围内，所有样 成聚氨酯乳液需要添加适量有机溶剂来降低反应体
品的透过率都在 90%以上。所有薄膜在 200~300 nm 系黏度 [89] 。近年来，欧盟等立法限制一些溶剂的添
处均无透光性。用氨基酸制备的 PU 薄膜可以同时 加，如工业上常用是 N-甲基吡咯烷酮。为此，无溶
抵御 200~400 nm 的紫外辐射。 剂化和替代性的绿色溶剂，如二氢左旋葡聚糖酮、γ-
聚氨酯乳液可用于皮革领域。其中，阳离子型 戊内酯和碳酸丙烯酯 [90-91] 等必将成为越来越多产品
聚氨酯乳液涂饰过的皮革具有手感舒适、柔软、富 的选择。（5）以食物来源生产的生物基原料可能会
有弹性、光泽自然等优点，与阴离子型皮革涂饰剂 加剧粮食危机。因此，在选择原料时，尽量使用非
按照一定的涂饰工艺搭配使用能产生极好的涂饰效 粮来源的化学品。（6）生物基聚氨酯乳液产品标准
果 [87] 。SHI 等 [58] 以不同含量的木质素磺酸钠水溶液 问题也是值得关注的，统一的标准有利于市场的良
为分散剂，以 PDI、PO3G 和蓖麻油为主要反应原料， 性竞争与发展。
制备 了生物基 含量高 达 70% 的水 性聚氨 酯 目前，一方面需加强新型生物基原料的研发及
（LBWPU），其性能如表 5 所示。由表 5 可知，极 产业化；另一方面还需加快高性能生物基聚氨酯乳
限氧指数（LOI）最高可达 24.7%，与阻燃剂共混后， 液的新品研发、构效规律及应用研究，促进生物基
表现出良好的阻燃性。该水性聚氨酯可作为皮革涂 聚氨酯乳液的规模应用，减少对石化产品的依赖，
饰剂领域的成膜剂，提高皮革的阻燃性。 有利于减少碳排放，助力中国“双碳”目标的实现，
实现可持续发展。
表 5 LBWPU 的 LOI 和 UL 94 等级 [58]
Table 5 LOI values and UL 94 ratings of LBWPU [58] 参考文献：
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