聚氨酯是由多元醇和多異氰酸酯反應制得的一類主鏈上帶有重復-NHCOO-基團的聚合物的總稱，因其性能優異、調控范圍廣而廣泛應用于輕工、紡織、醫用、建筑等各個領域。目前，中國科學院青島生物能源與過程研究所生物基材料重點實驗室研究員萬曉波帶領的生物基及仿生高分子團隊在聚氨酯材料研究中取得新進展，成功開發出兩類新型聚氨酯材料：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點，機械強度高，性能調控范圍廣，廣泛應用于生物醫學及工業領域。其中，高抱水量、高機械強度的單組份聚氨酯水凝膠具有施工方便、生態環保等優勢，可作為一種優異的高分子聚合物固沙材料，用于荒漠化治理、邊坡生態防護、水土流失防治等領域。雖然國內也有此類聚氨酯材料相關研究報道，但尚不能合成該材料，而主要依賴于進口。近日，該團隊研究人員通過對親水性聚氨酯樹脂分子結構的精心設計，調整了聚合物中鏈段排布方式及功能基團的密度，促使凝膠時形成均勻而致密的交聯網絡，突破了相關關鍵技術，合成了具有高抱水量（最高可達自身體積40倍）、高機械強度、優異乳化性能的聚氨酯樹脂（圖1）。該聚氨酯水凝膠所用均為工業原料，成本低廉，可望在實際生產中得到大規模應用，有望打破國外企業對此類材料的壟斷。
在此基礎上，研究人員通過對分子結構進行調整，進一步拓展了該聚氨酯樹脂的應用領域，成功開發出具有高拉伸強度、高斷裂伸長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，施工時加入20～50％的水攪拌均勻經固化后即可形成致密的聚氨酯彈性體涂膜（見圖2），環保無毒，具有高度安全性。
目前，該團隊在進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業化示范線的建設，以期盡快實現大范圍推廣應用。
該項目得到了中科院“百人計劃”項目以及合作企業資金支持。
圖1 單組份聚氨酯水凝膠水中乳化及凝膠圖片。A：實驗室合成的親水性聚氨酯樹脂；B：水中自乳化；C、D：與水反應后形成的水凝膠。
圖2 噴灑聚氨酯防水涂料前（左）后（右）表面親水性的變化
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