本发明专利技术中，“亲水性天然高分子”定义为在水增塑的条件下可热塑加工的多糖或蛋白质或谷物及它们的衍生物，包括淀粉，琼脂，玉米蛋白，明胶，米粉等。在本发明专利技术提供的新型改性方法（动态交联法）中，亲水性天然高分子，水增塑剂和聚氨酯预聚体这三种原料在密炼机或挤出机中高剪切力地反应混炼成改性的亲水性天然高分子。最后形成的聚氨酯微球以氨酯共价键交联于亲水性天然高分子基体中。改性的亲水性天然高分子在水增塑的条件下仍是热塑体。与未改性的亲水性天然高分子比较，改性后的天然高分子在疏水性，韧性等方面得到大幅度提高。这种方法高效且环境友好。改性的天然高分子可用作生物可降解医用材料，新型的造纸助剂，纺织上浆剂和泡沫塑料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种化学改性的亲水性天然高分子材料，制备方法及其用途.该材料是用亲 水性天然高分子，水增塑剂和和聚氨酯预聚体三种原料在密炼机或挤出机中反应混炼而得. 该改性的亲水性天然高分子可用作新型的造纸助剂，纺织上浆剂，泡沫塑料和医用材料.属 于天然高分子材料领域，生物降解材料领域，造纸领域，纺织领域，包装材料领域和聚氨酯 材料领域.
技术介绍
在水增塑剂存在的条件下，亲水性天然高分子如多糖，蛋白质或谷物会变成热塑体.这 些天然高分子热塑体能用塑料加工机械如密炼机，挤出机和注射成型机加工或成型[Stepto R.F. T. ifecr哪oJec^ar 6>fflposia, 2003, iW7， 203-212.].为了满足某些方面的用途，亲水性天然高分子的疏水性需要提高.此外，亲水性天然高 分子在室温长时间老化后会变成脆而硬的材料[Glenn G. M. ; 0rts W. J., Nobes G. A. R; GrayG. T/70^strj'aJ Cr，s s/^/^ootete, 2001, "(2)， 125-134.].在甘油的增塑的情况下，亲 水性天然高分子虽变得柔韧，但在高湿的条件下甘油会迁出天然高分子基体，在低湿的条件 下又变得脆而硬.上述情况的根本原因在于甘油分子与亲水性天然高分子链间作用力不够强. 在没有亲水性增塑剂存在的条件下，如何将脆而硬的天然高分子变得柔韧则是一个世界技术 难点.化学改性则是解决上述问题的一种途径. 一种有效的化学改性途径就是用聚氨酯预聚体 改性亲水性天然高分子.在二甲基亚砜溶剂中，聚氨酯预聚体被用于改性淀粉[Kweon, D. K. ; Cha， D. S. ; Park,H. 丄；Lim, S. T. Jo〃r朋J o/ ^pJiec/尸oJj7z er 5bj'ey ce, 2000, 7《986 - 993.].在二 甲基甲酰胺溶剂中，苄基改性淀粉与聚氨酯预聚体反应合成一种互穿网络材料.上述的化学改性必须有有机溶剂参与.一文献报道了淀粉颗粒，聚酯多元醇和异氰酸酯反应生成了一种热固体.另一文献报道了淀粉，水，聚酯多元 醇和异氰酸酯用于制备热固性泡沫塑料.上述的最终产品仍是热固体，难以二次加工.在几篇文献中，聚氨酯预 聚体首先溶于丙酮以制备水性聚氨酯，水性聚氨酯再与淀粉共混制得合金材料.这种合金材 料实质上是一种共混热塑体而非化学改性的淀粉.聚氨酯以氢键作用于淀粉基体中.另外，在 制备的过程中，耗费了大量的水和有机溶剂.淀粉,甘油和热塑性聚氨酯弹性体被^^出共混成 包装膜材料.脆性的玉米蛋白在有机溶剂中被聚氨酯预聚体成功地增韧.大豆蛋白副产物 也被聚氨酯预聚体固化成韧性的热固体上述制备的过程中使用了大量的水和有机溶剂，增加了成本和环境的负荷.有些最终产 品是热固交联体，不利于产品的二次加工成型.因此，有必要开发一种新型，低成本，环境 友好和有效的方法用于化学改性亲水性天然高分子.
技术实现思路
本专利技术采用一种新型方法-动态交联法.方法是将(a)亲水性天然高分子，(b)水增塑剂 和(c)聚氨酯预聚体三种原料在(d) —定的温度和(e) —定时间下(f)高剪切力地反应混炼成(g) 改性的亲水性天然高分子.在改性的亲水性天然高分子中，形成的(h)聚氨酯微球以氨酯共价 键交联于亲水性天然高分子基体中.改性的亲水性天然高分子在水增塑的条件下仍是热塑体. 改性的亲水性天然高分子可用于制备(i)泡沫塑料，(j)新型的水分散体系，(k)医用材料和(l) 高吸水性材料等.注解(a) :本专利技术中，"亲水性天然高分子"特指在水增塑的条件下可热塑加工的多糖或蛋 白质或谷物或它们的衍生物.这类亲水性天然高分子含有能与异氰酸根反应的功能基如-OH， -朋2和-(:0(^基团.其中所述的多糖包括淀粉类多糖，琼脂类多糖，海藻酸类多糖，卡拉胶类 多糖，黄原胶，水溶性纤维素，水溶性壳聚糖等.所述的淀粉类多糖包括玉米淀粉，土豆淀 粉，小麦，红薯淀粉等.所述的玉米淀粉包括高直链玉米淀粉.所述的蛋白质包括大豆蛋白， 玉米蛋白，小麦蛋白，鱼蛋白，酪蛋白，明胶，水溶角蛋白，水溶丝蛋白等.所述的谷物包 括玉米粉，米粉，小麦粉，大豆粉等.市售的亲水性天然高分子一般含有一定量的水份.如 玉米淀粉在室内条件下就含有10-13 wt%的水份.(b) :水能使许多亲水性天然高分子变成热塑体.热塑体就是加热可熔融塑化，可用高 分子机械加工成型的高分子材料.本专利技术中，"水增塑剂"是指整个反应体系的水，水增塑 剂的含量为整个反应体系水份的总量，包括市售亲水性天然高分子的本身自带的水含量和外 加水含量.水增塑剂能有效地降低反应混炼机械的转矩和能耗.水增塑剂太低，容易造成混 炼机械停机.能保证反应混炼顺利进行的最少水量即为水增塑剂的最少含量.水增塑剂太高， 干燥产品的能耗增加，不利降低成本.水增塑剂的含量一般为20-150份/100份干重的亲水 性天然高分子.最佳增塑剂含量范围依天然高分子种类的不同而不同.比如说，对普通玉米 淀粉(直链淀粉为23%左右)而言，最佳水增塑剂含量为30-100份/100份干重的淀粉；对琼 脂多糖而言，最佳水增塑剂含量为80-150份/100份干重的琼脂.本专利技术中，单位"份"是 指重量份数.(c) :本专利技术所指的聚氨酯预聚体是一种在软段成份端基接有异氰酸根的合成聚氨酯的 中间体.有关聚氨酯预聚体的定义可参考聚氨酯手册.软段成份包括聚酉旨软段和聚醚软段.本专利技术中聚氨酯预聚体的用量为O. 001-100份/100份干重的亲水性天然高分子.聚 氨酯预聚体用量加大会增加反应混炼机械的转矩和能耗.(d) :反应温度为0-120 °C,最佳反应温度范围为50-100 °C.(e) :反应时间为0.001-360分钟.反应温度和时间的配合应使聚氨酯预聚体均匀快速 地分散并有效地交联于天然高分子基体中.(f) :用于产生高剪切力的混炼机械为高分子热塑体加工机械，如密炼机，挤出机和注 射成型机等.剪切力对产物结构的形成至关重要.剪切低，聚氨酯预聚体不易均匀快速地分 散，形成的直径过大，不易形成微球，产物的性能改善有限."动态交联法"中的"动态" 就是指高剪切力作用下聚氨酯逐渐分散细化的运动过程.(g) :在改性的亲水性天然高分子中，形成的聚氨酯(PU)微球以氨酯共价键交联于亲水 性天然高分子基体中.在水增塑的条件下仍是热塑体.与未改性的亲水性天然高分子比较， 改性后的天然高分子在疏水性，韧性等方面得到大幅度提高.(h) :聚氨酯微球的直径为0. 0001-50微米.直径的大小依赖于反应的条件.(i) :这种泡沫塑料是一种生物可降解的包装材料.例如，淀粉泡沫塑料目前存在脆性 和亲水性问题.本专利技术中，改性淀粉的韧 性和疏水性得到大幅度提高，所以可制备新型高性能的淀粉泡沫塑料.(j):这种水分散体系可用作新型的造纸助剂，以提高纸的韧性和疏水性.也可用作新 型的纺织上浆剂，改善纯淀粉上桨剂脆而硬的缺点.也可用作绿色涂料和粘胶剂.(k):医用多糖或蛋白质膜材料一般也存在脆性和耐水性问题.使用本专利技术中改性的医 用多糖或蛋白质可制备韧性和疏水的医用材料.(1):使用本专利技术中改性的天然高分子可制备两亲性的高吸水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种化学改性的亲水性天然高分子，其特征在于成分包括：（Ａ）亲水性天然高分子基体：干重１００份，和（Ｂ）分散于（Ａ）中并与（Ａ）通过氨酯共价键交联的聚氨酯微球：０．００１－１００份。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：伍强贤，
申请(专利权)人：伍强贤，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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