探索生物基热塑性聚氨酯的应用前景

随着世界人口的增长，全球对高分子材料的需求不断增加。高分子材料99%都来源于化石资源，依存度非常高。然而，化石资源面临巨大危机：不可再生，其储量有限，日趋耗尽，据报道，全世界可开采的石油储量可仅供人类使用50 年，天然气仅可供人类使用75 年，煤炭储量也只可供使用200 ～300 年。此外，虽然高分子材料给社会带来了巨大的便利，但它们无疑对环境和气候变化产生了不良后果。随着世界各国化石资源日益减少以及对环境问题的日益重视，研究人员开始利用生物质资源开发各类化学品和高分子材料。由于生物基高分子材料具有优异的生物相容性，为进一步扩展生物基高分子材料的应用提供了发展契机。

生物基高分子材料是指用可再生原料通过生物转化获得生物高分子或单体，然后进一步聚合形成的高分子材料。生物基高分子材料包括生物基弹性体、生物塑料、功能糖产品、木塑复合材料等。其制品既包括日常生活中经常能见到的生活用品，如包装材料、一次性日用品等，也包括技术含量高、附加值高的药物控制释放材料和骨固定材料，以及人体组织修复材料等生物医用材料等。生物基高分子材料与石油基高分子材料相比具有如下优点：可减少对石油的依赖；主要来源于植物，能够减少二氧化碳的排放；一般能生物降解，符合现在环保的优势；整个生产过程比较温和，不是高温、高压、有机溶剂的化工生产，生产比较“绿色”。生物基高分子材料是完全符合目前社会“低碳经济”的要求。(www.xing528.com)

随着经济的发展、环保意识的增强，为减小聚氨酯对石油原料的依赖，降低聚氨酯的成本，生物基聚氨酯的研究也日益受到人们的关注。我国在生物基聚氨酯方面也制定了相关的政策文件。2016 年国务院下发的《国务院关于印发〈“十三五”国家战略性新兴产业发展规划〉的通知》文件中明确指出：“发展新生物工具创制与应用技术体系，实现一批有机酸、化工醇、烯烃、烷烃、有机胺等基础化工产品的生物法生产与应用，推动生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物尼龙、生物橡胶、微生物多糖等生物基材料产业链条化、集聚化、规模化发展，提升氨基酸、维生素等大宗发酵产品自主创新能力和发展水平。”在《中国制造2025》重点领域技术路线图中，生物基TPU 制备也被列为关键技术。生物基热塑性聚氨酯弹性体不仅具有传统热塑性聚氨酯弹性体的优异物理特性，而且与以化石燃料为基础的热塑性聚氨酯弹性体相比，还可进一步减少供应链环节的碳排放量。荷兰Reverdia 公司进行的一项模拟测验显示，与使用化石燃料产品相比，使用生物基热塑性聚氨酯弹性体可减少高达65%的碳排放量。目前，针对生物基TPU 材料的研究主要集中在利用可再生原料制备的生物基二元醇（小分子二元醇和低聚物二元醇）代替石油基二元醇合成生物基TPU 材料。