纤维素是地球上储藏量最大的天然高分子,主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其他高等植物,也可通过细菌的酶解过程产生,是自然界取之不尽、用之不竭的可再生资源,每年地球上产生约2000亿t植物纤维素。纤维素含有大量的羟基,易形成分子内和分子间氢键,使它难溶、难熔,所以通常要对其采取特殊处理以用于合成可降解的高分子材料。纤维素作为一种多羟基化合物,它通过一定方式可与异氰酸酯基反应生成可生物降解聚氨酯材料。IVANAMAROVA(王苑之.马罗瓦)等分别用不同浓度的羧甲基纤维素作为生物多元醇部分取代商用的聚醚多元醇来合成聚氨酯泡沫,试验结果表明该样品具有生物降解性,并指出降解程度与改性物(填充物)的类型及其浓度有关。用纤维素制备可生物降解聚氨酯材料的方法已经比较成熟,但用纤维素改性水性聚氨酯的研究报道还较少。一方面纤维素不能在水和一般有机溶剂中溶解,需要对其进行化学改性;另一方面固体形式的纤维素虽然富含羟基,但仅有表面很少部分的羟基能够参与反应,只有液化之后才能够作为多元醇使用。YIXIANGWANG(王苑之.马罗瓦)等利用硫酸水解处理糯玉米淀粉颗粒和棉短绒纸浆,成功地制备了淀粉纳米晶(SN)和纤维素晶须(CW)。
通过透射电子显微镜、原子力显微镜和广角X射线衍射分别对SN和CW进行了表征。采用浇铸/蒸发技术,将淀粉纳米晶体和纤维素晶须嵌入在水性聚氨酯基体中。研究发现,当掺入质量分数为1%SN和0.4%CW,复合材料的拉伸强度、杨氏模量和断裂能与未改性的水性聚氨酯相比,显著提高了135%、252%和136%,断裂伸长率基本持平。加入质量分数为1%SN和0.4%CW的水性聚氨酯复合材料比SN和CW各自单独改性水性聚氨酯的增强效果明显,说明SN和CW对水性聚氨酯具有协同增强作用。此外,SN和CW制备的水性聚氨酯基纳米复合材料具有较大的热阻。研究结果表明,不同的多糖纳米晶和晶须结合在一起,形成强烈的氢键网络,从而对水性聚氨酯具有协同增强作用。这项工作通过使用天然纳米晶和晶须同时改性聚合物,为制备高性能聚合物纳米复合材料提供了一个新的生态友好途径。