天然植物在材料改性中的應(yīng)用

1、天然植物在材料改性中的應(yīng)用摘要：材料改性的方法有很多，一般都是通過添加添加劑來改變或增強(qiáng)它某一方面的性能， 以達(dá)到人們的使用要求，而天然植物作為添加劑又有它獨特的優(yōu)勢，本文主要是通過介紹材 料的改性方法及用途來認(rèn)識天然植物在材料改性中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：天然植物；材料改性；應(yīng)用The natural vegetation in the application to surface modification of materialsAbstract: Modified material has a lot of ways, usually by adding additives to change

2、or enhance it some aspects of performance, to meet the use requirements of people, and natural plant as additive and has its unique advantages, this paper is mainly through the introduction of modification methods and applications to understand natural plants in material modification application of

3、the.Keywords:Natural plant Modified material Application前言隨著材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，各種不同功能和用途的新材料層出不窮，在不同的場合，人 們可能更關(guān)注材料的功能和用途，據(jù)此材料一般可分為導(dǎo)電材料、絕緣材料、生物醫(yī)用材料、 航空航天材料、能源材料、電子信息材料、感光材料等。作為天然有機(jī)聚合物，木材和其他 植物纖維是人類最早使用的材料之一。天然植物來源廣泛，成本低廉且可再生，如果能將其 應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，不僅能改善很多材料的性質(zhì)，更環(huán)保無害。天然植物的開發(fā)應(yīng)用將對促 進(jìn)可持續(xù)綠色高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及新材料學(xué)的發(fā)展有著極其重要的意義。1材料改性的方法

4、與技術(shù)一般的材料改性技術(shù)有：（1）纖維增強(qiáng)。用天然纖維如亞麻、劍麻增強(qiáng)塑料制造車身零件，在汽車行業(yè)已經(jīng)得到認(rèn) 可。一方面是由于天然纖維是環(huán)保材料，另一方面植物纖維比玻纖輕40%，減輕車重可降 低油耗。用亞麻增強(qiáng)PP制作車身底板，材料的拉伸強(qiáng)度比鋼要高，剛度不低于玻纖增強(qiáng)材 料，制件更易于回收。（2）增韌技術(shù)。高分子結(jié)構(gòu)材料的剛度（包括強(qiáng)度）和韌性是相互制約的兩項最重要的性能 指標(biāo)。（3）填充改性（粉體填充）。塑料填充改性自二十世紀(jì)八十年代初投入市場以來，由于其價 格低廉、產(chǎn)品性能優(yōu)異，并改善塑料制品的某些物理特性，可替代合成樹脂，且生產(chǎn)工藝簡 單、投資較小、具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（4）

5、共混改性。塑料共混改性是指在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂（包括塑料和橡 膠），從而達(dá)到改變原有樹脂性能的一種改性方法。共混改性是一種與添加改性并駕齊驅(qū)的 常用塑料改性方法。幾乎所有塑料需要的性能都可通過共混改性而取得。（5）阻燃技術(shù)。一般來講，高聚物阻燃技術(shù)主要分為添加型與反應(yīng)型兩種方式，主要是以 添加型為主。即在普通粒料中添加與之匹配的阻燃劑，在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合，然后進(jìn)入以雙 螺桿擠出機(jī)為主的混煉裝置重新造粒，制備出阻燃改性的”阻燃塑料”。（6）接枝改性。目前接枝改性塑料作為大分子偶聯(lián)劑、相容劑、增韌劑等，應(yīng)用十分廣泛。（7）導(dǎo)電功能改性。多年以來，有關(guān)復(fù)合型導(dǎo)電高分子的研究不勝枚舉，但

6、仍有許多問題 沒有得到很好的解決。如在添加導(dǎo)電介質(zhì)提高導(dǎo)電性的同時，力學(xué)性能會有所下降，因此復(fù) 合型導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展主要集中在降低電阻率與提高材料的綜合性能兩個方面。（8）熱塑性彈性體。熱塑性彈性體（TPE）兼具熱塑性塑料的重復(fù)加工性和橡膠的高彈性 等物理機(jī)械性能，同時又具有優(yōu)異的回收再生性。由于熱塑性彈性體特殊的分子結(jié)構(gòu)的可調(diào) 整性和可控制性，表現(xiàn)出多種優(yōu)異性能。2天然植物對材料的改性及在各方面的應(yīng)用天然植物及其提取物可以作為著色劑、增強(qiáng)劑（提高熱性能、力學(xué)性能）、敏化劑（光 敏性）等對材料進(jìn)行改性，改善材料的某些性能，提高其應(yīng)用價值。2.1作為著色劑及在此方面的應(yīng)用植物染色是指利用大自

7、然中自然生長的各種含有色素的植物提取色素來對對被染物進(jìn) 行染色的一種方法。是指使用天然染料染色，同時在染色過程中不使用或極少使用化學(xué)助劑， 而使用從大自然中取得的天然染料，對產(chǎn)品進(jìn)行染色的一種工藝。也稱“植物染色”、“草木 染色”。它包含植物性染料（如藍(lán)靛）、動物性染料（如紫膠）及礦物性染料（如朱砂），其 中以植物性染料的使用最為普遍，且可用的材料種類也最豐富。天然染料以其自然的色相，防蟲、殺菌的作用，自然的芳香贏得了世人的喜愛和青睞。天然 染料雖不能完全替代合成染料，但它卻在市場上占有一席之地，并且越來越受到人們的重視。 具有廣闊的發(fā)展前景。雖然目前要使其商業(yè)化并完全替代合成染料還是不現(xiàn)實的

8、，要將天然 染料獲取及染色注入新的科技，采用現(xiàn)代化設(shè)備，加快其產(chǎn)業(yè)化的速度，相信天然染料會讓 世界變得更加色彩斑斕。適合應(yīng)用于開發(fā)高附加值的綠色產(chǎn)品，用天然染料染色的織物，其 發(fā)展前景非?？春谩Ｌ烊蝗玖系膬?yōu)越性能在以下幾個方面表現(xiàn)尤為突出：保健內(nèi)衣制品、嬰 幼兒服裝和用品、家紡產(chǎn)品。目前天然染料的應(yīng)用規(guī)模和總量還很小，因此，產(chǎn)業(yè)化的路還 很長。產(chǎn)業(yè)化的出路要放在紡織和服裝產(chǎn)業(yè)上，而不是食品和化妝品行業(yè)。紡織和服裝應(yīng)用 產(chǎn)業(yè)化的市場在中國，中國有得天獨厚的資源和市場，理應(yīng)成為天然染料的最大生產(chǎn)國和使 用國。我們有了理由相信，只要改變觀念，大力開發(fā)和推廣，植物染料的春天正在到來。在人類環(huán)保及保健意

9、識逐漸增強(qiáng)的今天，天然染料再次走入人們的視野UM。天然植物藥黃 連既是著名的中草藥，也是常用的黃色植物染料。黃連的根莖中含有多種生物堿，其中的主 要成分為小檗堿（berberine），屬于季銨類生物堿，是黃連藥效和色素的主要來源。 一則來自我國葉黃素生產(chǎn)基地的報道一一天然色素為民族品牌增色添彩。這足以說明天然色 素在著色這方面的顯著效果及環(huán)保價值。當(dāng)前，藥物著色劑的種類比較少，且是以礦質(zhì)顏料（氧化鐵）和合成色素為主。礦質(zhì)顏料 的缺點是在水中不溶、遇到強(qiáng)酸會發(fā)生分解反應(yīng)，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用；而長期 服用含有合成色素的藥物對人體有一定毒副作用。此外，現(xiàn)有的藥物著色劑中還缺少顯色范 圍較寬

10、的紫紅系列的色素。我國植物資源豐富，天然植物色素的種類多樣。天然植物色素具 有色調(diào)自然、安全無毒、兼具營養(yǎng)效果的優(yōu)點，若能將其應(yīng)用于藥劑工業(yè)中，可以增加藥物 著色劑的種類，改善色素對藥物的著色效果。葉黃素是一種廣泛存在于蔬菜、花卉、水果與某些藻類生物中天然色素，是構(gòu)成玉米、蔬菜、 水果、花卉等植物色素主要組分。據(jù)國外研究，葉黃素在甘菊，tagetse erecta）等花卉中含量 最高宵；其次，南瓜、桃子、辣椒、芒果、柑橘中含有豐富“葉黃素酯”也是葉黃素前體。 葉黃素呈有鮮艷黃色，不溶于水，能溶于油脂、乙醇。著色力強(qiáng)，具有耐光、熱、酸、堿等 特點，能廣泛用于糕點、糖果、調(diào)料、醬菜及飼料中作著色劑

11、使用。我國已在飼料添加劑巾 將其作天然著色劑使用。美國凱明食品公司(Kemin Food Co)率先發(fā)明生產(chǎn)葉黃素新工藝， 使葉黃素成為一種新型保健食品添加劑。據(jù)了解，美國食品與藥物管理局在1995年就已批 準(zhǔn)葉黃素作為食品補(bǔ)充劑用于飲料食品，以提高營養(yǎng)價值，如用于益視飲料和嬰幼兒食品中 8美國2004年調(diào)查結(jié)果顯示，葉黃素類食品、低糖食品、防心血管疾病食品等是功能性食 品發(fā)展趨勢】9,10。此外，天然染料在這方面的應(yīng)用還有：紫心甘薯色素取自天然，不僅色彩鮮艷、自然、 獨具魅力，而且還具有多種保健功能，因此有望取代化學(xué)合成色素(如酸性大紅)廣泛應(yīng)用于 口紅、胭脂等行業(yè)。(紫心甘薯色素對膠囊殼材

12、料的著色、紫心甘薯色素作為藥物著色)2.2作為增強(qiáng)劑及在此方面的應(yīng)用2.2.1植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)臺材料植物纖維是自然界最為豐富的天然高分子材料，自然界中每年生長的纖維素 (以天然植物纖維的形式存在)總量多達(dá)千億噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地球上現(xiàn)存石油的總 儲量。植物纖維的纖維形態(tài)具有長徑比大，比強(qiáng)度高，比表面積大等優(yōu)點11。植 物纖維是一種低成本、可再生的資源，研究將其作為水泥基材料的增強(qiáng)劑有很實際的意義。 植物纖維能較均勻的在基體中分布，對水泥基復(fù)合材料強(qiáng)度、韌性、抗裂等力學(xué)性能的增強(qiáng) 效果；有效地改善混凝土的各項物理力學(xué)性能。與普通混凝土相比，植物纖維混凝土的抗壓 強(qiáng)度比普通混凝土略低，但劈裂抗拉強(qiáng)

13、度、抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度提高，混凝土的韌性也顯著 改善。植物纖維的摻入可減少混凝土早期的收縮裂縫，并大大改善混凝土的抗裂性能。對常 用的增強(qiáng)纖維的性能作了對比，通過對劍麻纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究，認(rèn)為將劍麻纖 維應(yīng)用丁水泥基復(fù)合材料前景廣泛，意義重大。纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是由水泥凈漿、砂漿或水泥混凝土作基材，以非連續(xù)的短纖維 或連續(xù)的長纖維作增強(qiáng)材料組合而成的一種復(fù)臺材料12。纖維在其中起著阻止水泥基休中 微裂縫的擴(kuò)展和跨越裂縫承受拉應(yīng)力的作用，因而使復(fù)合材料的抗托與抗折強(qiáng)度以及斷裂能 較未增強(qiáng)的水泥基體有明顯的提高。近年來，利用價格相對低廉的植物纖維來增強(qiáng)混凝土的興趣與日俱增，一些 發(fā)達(dá)

14、國家的科研單位也配合發(fā)展中國家進(jìn)行了此項研究13。使用價格相對低廉的 天然植物纖維的研究和應(yīng)用愈來愈受到世界各幽特別是發(fā)展中國家的重視14,15。 研究開發(fā)植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料不僅能夠降低造價，而且有利于環(huán)保和可 持續(xù)發(fā)展，具有深遠(yuǎn)的意義。使用天然植物纖維作為水泥增強(qiáng)材料始于20世紀(jì)初期，當(dāng)時是用它制成木 漿纖維來代替石棉以生產(chǎn)纖維水泥板。進(jìn)人20世紀(jì)80年代以來，資源短缺.能源 匱乏，生態(tài)環(huán)境惡化等諸多問題的出現(xiàn)使得人們對天然植物纖維這類可再生、無 污染材料產(chǎn)生極大興趣和關(guān)注，由此就提出了環(huán)境協(xié)調(diào)材料(Environment ConsciousMaterials)的概念。世界各同尤其一

15、些發(fā)展中國家也由此開始熱衷于 研究和開發(fā)使用天然植物纖維作水泥砂漿的增強(qiáng)材料，以探索用植物纖維增強(qiáng)永 泥來制作廉價的建房材料12。劍麻纖維是從劍麻植物葉片中取得的維管束纖維，由纖維素(50%-60%)、 半纖維索(12%-20%)、木質(zhì)素、果膠等組成，且這些化學(xué)成分的含量可能隨 種植地域及生長年份的不同而有所差異，但均以纖維素為主。這類纖維一般伸長 率較小、強(qiáng)度較高，具有質(zhì)地堅韌、耐腐蝕、耐酸堿等多種優(yōu)點。纖維素纖維具 有很高的強(qiáng)度、結(jié)晶度和取向度，這主要是由于纖維素表面大量的羥基在分子內(nèi) 或分子間形成氧鍵的緣故16。正是由于纖維素纖維表面含有大量的羥基，可以與 水泥水化產(chǎn)物中的大量羥基基團(tuán)起

16、作用而形成鍵，從而可增進(jìn)界面的致密性，加 強(qiáng)界面粘著強(qiáng)度以及擴(kuò)大纖維阻裂增強(qiáng)的界面效應(yīng)。另外，纖維素纖維能夠有效 的提供諸如粘著強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等關(guān)鍵性質(zhì)所需的平衡17，也是將它作為水泥基 材增強(qiáng)材料的重要原因。傳統(tǒng)的增強(qiáng)纖維，不論是鍘纖維、碳纖維，還是玻璃纖維、聚丙烯纖維等都是石棉纖維 的良好替代品，但纖維性能與價格之問的矛盾始終是制約它們廣泛應(yīng)用的“瓶頸”，而且這 些纖維的應(yīng)用不利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，因此均已失去了再次大力發(fā)展的潛力。劍麻纖維屬 于天然可再生資源，生長周期短，產(chǎn)量大，價格低廉，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，加工及應(yīng)用過 程無污染，符合環(huán)保要求。另外，其獨特的維管束中空結(jié)構(gòu)，可更好的緩解

17、應(yīng)力集中，加以 合理的改性處理，其綜合性能會更加突出。由于植物纖維價格低廉、取材方便、制作工藝簡 單，植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)臺材料得到了較好的應(yīng)用18-21。2.2.2樹脂基纖維增強(qiáng)摩阻材料綜述了國內(nèi)外目前樹脂基纖維增強(qiáng)摩阻材料的研究進(jìn)展，主要介紹了樹脂基摩阻材料的 摩擦學(xué)特性及摩擦磨損機(jī)理；樹脂基體的改性研究成果，歸納了填料種類對摩阻材料摩擦學(xué) 特性的影響。對常用的增強(qiáng)纖維性能作了對比，尤其是對天然植物劍麻纖維及其增強(qiáng)材料特 性作了總結(jié)。筆者首次研究了劍麻纖維增強(qiáng)汽車剎車片，認(rèn)為將劍麻纖維應(yīng)用于摩阻材料將 會是一個新的研究熱點。摩阻性樹脂基復(fù)合材料具有較高的摩擦系數(shù)，可有效地起到傳動和制動的作

18、用，因 此，廣泛應(yīng)用于汽車、火車、建筑以及工程機(jī)械等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的摩阻材料大多采用石棉作為 增強(qiáng)纖維。目前用于替代石棉的纖維主要有玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維與石墨纖維、芳綸纖 維、超高分子量聚乙烯纖維、硼纖維、無機(jī)礦物纖維、棉纖維等。其中植物纖維資源豐富、 價格低廉、密度低、模量及拉伸強(qiáng)度與無機(jī)纖維相近，硬度低故對加工設(shè)備磨損小，而且生 物降解性和可再生利用性，對環(huán)境污染性及對人體傷害小。在植物纖維中，劍麻纖維具有纖 維長、質(zhì)地堅韌、富于彈性、拉伸強(qiáng)度大、耐磨擦、耐酸堿、耐海水腐蝕以及耐低溫等多種 優(yōu)良性能四，且屬于可再生資源，可自然降解，不會對環(huán)境構(gòu)成負(fù)擔(dān)24,25，價格也比較低 廉。劍麻纖維增

19、強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，生產(chǎn)工藝簡單，具有較高的拉伸和彎曲性能，還具有很 高的沖擊強(qiáng)度。通過實驗檢測，劍麻纖維增強(qiáng)摩擦復(fù)合材料的摩擦性能、硬度、沖擊強(qiáng)度、 內(nèi)剪切強(qiáng)度及耐水、鹽水、油和制動液性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求以劍麻作為摩阻材料的增強(qiáng) 纖維完全可以替代現(xiàn)有的產(chǎn)品。劍麻纖維屬于天然可再生資源，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，生產(chǎn)、加工及應(yīng)用過程無污染， 符合環(huán)保要求。另外其結(jié)構(gòu)具有內(nèi)部中空的特點，減震降噪特性突出，兼具優(yōu)良的抗磨性。 加以合理的改性處理，其綜合性能會更加顯著。2.2.3天然植物纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料天然植物纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是利用天然可再生植物纖維與環(huán)氧樹脂基體復(fù)合 而成的一種新型復(fù)合材

20、料。傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料通常以無機(jī)粉體、碳纖維和玻璃纖維等為 增強(qiáng)體，而天然植物纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料以天然植物纖維為增強(qiáng)體，這為環(huán)氧樹脂復(fù) 合材料的應(yīng)用開辟了新的途徑仲列。以天然植物纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料替代木材或玻 璃纖維材料是目前天然植物纖維綜合利用的主要途徑之一 R8。隨著全降解基體高分子材料 的不斷研究開發(fā)，用天然植物纖維與全降解基體復(fù)合制成生物降解復(fù)合材料，如以纖維素、 淀粉衍生物等天然多聚糖為原料制備可生物降解樹脂，再與天然纖維復(fù)合制備性能優(yōu)良的全 降解復(fù)合材料，可應(yīng)用于各種環(huán)保材料。以天然植物纖維增強(qiáng)的高分子基復(fù)合材料將是21世紀(jì)環(huán)保時代的“綠色產(chǎn)品”，開發(fā)輕 質(zhì)、低成本、

21、高性能的天然植物纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有廣闊的發(fā)展前景。開發(fā)天然植物 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，將對天然植物資源高效綜合利用、促進(jìn)可持續(xù)綠色高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及新材 料學(xué)的發(fā)展有著極其重要的意義。根據(jù)增強(qiáng)體形態(tài)、基體樹脂特性、復(fù)合比率及其復(fù)合材料 加工過程，天然植物纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料主要有3種成型工藝：塑料加工為特征的復(fù) 合工藝、人造板加工為特征的復(fù)合工藝和無紡織加工為特征的復(fù)合工藝R9。天然植物纖維來源廣泛形式多樣，但是其主要化學(xué)成分相似；為了提高天然植物纖維與 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的綜合性能，天然植物纖維必須經(jīng)過表面改性處理，無論是物理方法、化 學(xué)方法還是復(fù)合法改性，前提是盡可能保持天然植物纖維的形態(tài)

22、和強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行表 面改性，提高天然植物纖維與環(huán)氧樹脂的界面連接。天然植物纖維分子內(nèi)含氫鍵.加熱時會 聚集在一起，導(dǎo)致其在基體中分散不均，從而影響纖維復(fù)合材料的綜合性能。為改善天然植 物纖維與聚合物的界面結(jié)合，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，研究者進(jìn)行了大量的工作，并已取得了許多 成果印-33。雙酚A縮水甘油醚型樹脂/胺類固化劑體系是目前研究較多的天然植物纖維環(huán) 氧樹脂復(fù)合材料基體，酸酐類固化劑很少見到報道。隨著能源的短缺和環(huán)保要求的提高，可 降解樹脂基體材料的研究逐漸成為熱點。2.2.4天然植物纖維與可生物降解塑料生物質(zhì)復(fù)合材料糖類的纖維素乙酸酯塑料與麻纖維復(fù)合材料具有相對較好性能，德國學(xué)者M(jìn)ohan

23、ty等 將黃麻纖維粗麻布與地毯用背布織物經(jīng)脫蠟、堿處理、接枝等表面處理，采用3層復(fù)合法將 麻纖維與可生物降解塑料聚3-羥基丁酸酯與聚3-羥基戊酸酯共聚物PHBV膜復(fù)合，結(jié) 果表明，通過纖維增強(qiáng)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度都有明顯改善，之后， 各種關(guān)于天然植物纖維與可生物降解塑料制備復(fù)合材料的研究逐漸增多?？缮锝到馍镔|(zhì) 復(fù)合材料可主要應(yīng)用于汽車部件、裝飾裝修、包裝等領(lǐng)域。歐洲汽車內(nèi)飾部件，經(jīng)歷了由 天然植物纖維材料替代玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展歷程。近幾年，隨著汽車廢棄回收利用 問題的壓力和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，汽車內(nèi)飾行業(yè)已經(jīng)把天然纖維增強(qiáng)可生物降解材料的應(yīng) 用作為目前汽車用內(nèi)飾

24、部件用塑料復(fù)合材料發(fā)展的必然方向。這一點可以從歐洲國家對于天 然纖維增強(qiáng)可生物降解塑料復(fù)合材料開發(fā)的關(guān)注程度得以證實?？缮锝到馍镔|(zhì)復(fù)合材料只有在特定的堆肥條件下才會降解，而在通常的使用環(huán)境下 具有相當(dāng)?shù)哪途眯?。所以該材料可以用來替代目前廣泛應(yīng)用的各種建筑裝飾與裝修材料，另 外各種食品儀器等的包裝材料往往是短期的一次性使用，該種材料可在這些一次性或短期性 應(yīng)用部件方面不但滿足使用要求，而且廢棄后不對環(huán)境造成污染。隨該復(fù)合材料研究的深入， 其應(yīng)用領(lǐng)域也將會被進(jìn)一步拓寬.總之，其應(yīng)用領(lǐng)域是相當(dāng)廣泛的。由以上分析可見，用天 然植物纖維材料與完全可生物降解塑料復(fù)合制備新型的環(huán)境友好的生物質(zhì)復(fù)合材料是

25、最近 幾年新興的研究領(lǐng)域，雖然由于目前可生物降解塑料生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于普通塑料，目前生物質(zhì) 復(fù)合材料還沒有被大規(guī)模地應(yīng)用。但是隨著可用石油資源的減少和人們環(huán)境保護(hù)意識的增 強(qiáng)，可生物降解塑料的開發(fā)與應(yīng)用將更加引起關(guān)注與重視。2.2.5木質(zhì)素作為填充增強(qiáng)劑木質(zhì)素作為填充增強(qiáng)劑，可改善橡膠的性能，使橡膠的拉伸性能增加，但耐磨性受到限 制?；谀举|(zhì)素功能基的多樣性和復(fù)雜性，木質(zhì)素功能基與橡膠分子間的結(jié)合方式還有很大 的潛力可利用。用木質(zhì)素和聚乙烯或聚丙烯通過共混可以制備具有一定耐寒和抗紫外性的塑 料。2.2.6我國獨創(chuàng)天然長效防腐涂料研發(fā)成功一種原料全部來自天然植物和資源，且防腐蝕性能優(yōu)異持久的天然長效

26、防腐蝕涂料由陜 西省安康市金茂生物工程有限公司研發(fā)成功。這種綠色環(huán)保涂料可廣泛應(yīng)用于海洋鋼結(jié)構(gòu)及 工程設(shè)施、海底管道及隧道等，尤其對船舶的防污更具獨特作用。11月16日，該產(chǎn)品在西 安通過專家鑒定。專家組評價該成果有幾大創(chuàng)新點：一是以稻糠等植物提取的有機(jī)酸為原料，再以天然云 母及滑石粉進(jìn)行超細(xì)化微膠囊包覆制取復(fù)鹽，經(jīng)改性處理制成高效環(huán)保生物防銹顏料；二是 以天然生漆提取漆酚為原料，以桐油及亞麻籽油、松香及阿拉伯膠長鏈聚合物等天然物質(zhì)為 改性劑制成成膜物質(zhì)；三是涂料干燥快、附著力強(qiáng)、抗沖擊，涂膜可任意調(diào)整厚薄，噴涂、 刷涂均可，施工簡便環(huán)保無毒性。生漆是漆樹的一種生理分泌物。生漆是我國特產(chǎn)，陜南

27、秦 巴地區(qū)是我國最大的產(chǎn)漆區(qū)，品質(zhì)也最為優(yōu)良。而稻糠、五倍子、云母、滑石均系陜南地區(qū) 豐富的自然資源。金屬防腐蝕涂料由防銹顏料和成膜物質(zhì)（樹脂）兩部分組成?，F(xiàn)有防銹顏料由于防銹性 能不強(qiáng)及含有重金屬，已不能滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和越來越苛刻的防腐蝕環(huán)境及防腐 蝕性能要求。同時，現(xiàn)有國內(nèi)外所用合成樹脂的成膜性能都無法和天然生漆漆膜性能相比。 但生漆的缺點是柔韌性、耐堿性及耐紫外線差、漆膜干燥慢，必須通過改性來克服它的缺點。 現(xiàn)有產(chǎn)品大都是以石化合成物質(zhì)進(jìn)行改性，具有一定毒性，且性能也差強(qiáng)人意。天然長效防腐蝕涂料采用天然生漆為原料，依據(jù)天然生漆分子結(jié)構(gòu)特點及活性基團(tuán)，巧 妙地在生漆分子結(jié)構(gòu)中引入

28、天然改性劑與植酸及單寧酸制備的高效環(huán)保生物防銹顏料進(jìn)行 交聯(lián)反應(yīng)形成雜化絡(luò)合物，成膜干燥形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長效防腐蝕涂層，具有優(yōu)異的防腐蝕性 能。2.2.7植物油（蓖麻油）改性水性聚氨酯以蓖麻油作為軟段的主要原料合成水性聚氨酯對于研究蓖麻油的性質(zhì)以及其合成水性 聚氨酯材料的性能有著重要的理論和現(xiàn)實研究意義。植物油基聚合物具有來源廣泛、價格低廉等一系列優(yōu)點，因此，可再生的植物油改性制 備性能優(yōu)良的聚氨酯材料正引起科研工作者極大的關(guān)注。隨著植物油提取技術(shù)、植物油處理 手段與生物技術(shù)的不斷發(fā)展，可用于合成水性聚氨酯的植物油從種類和質(zhì)量上都有著巨大的 發(fā)展空間，經(jīng)過處理的具有功能化基團(tuán)的植物油用于聚氯酯的

29、合成可以賦予改性的聚氨酯某 些功能性。現(xiàn)階段制約植物油改性水性聚氨酯材料工業(yè)化的主要瓶頸是由于產(chǎn)地、氣候以及 品種的差異導(dǎo)致植物油的質(zhì)量批次差異性較大，這種品質(zhì)的不穩(wěn)定性會給工業(yè)生產(chǎn)帶來不利 影響，因此，嚴(yán)格控制植物油的質(zhì)量成為植物油改性水性聚氨酯工業(yè)化的必經(jīng)之路。 YongshengE利用蓖麻油和異佛爾酮二異氰酸酯為主要原料合成了一種水性聚脲氨酯乳液， 并以此為基礎(chǔ)合成了其與聚乙烯共混乳液。通過示差掃描量熱研究了共混乳液的相容性，具 有三官能團(tuán)的蓖麻油對樹脂結(jié)構(gòu)、共混后的乳液的粒子形貌、涂膜的力學(xué)性能進(jìn)行了有益的 探討。開辟了蓖麻油改性水性聚氨酯研究的新領(lǐng)域。在隨后的幾年里，相關(guān)的研究成果層

30、出 不窮。訾少寶等利用環(huán)氧值為1 2的環(huán)氧樹脂對蓖麻油基水性聚氨酯進(jìn)行改性，并研究了 蓖麻油的添加量以及環(huán)氧樹脂的含量對乳液外觀、機(jī)械性能以及耐酸堿性能的影響，結(jié)果表 明環(huán)氧樹脂的加入使得水性聚氨酯涂膜的1 20h吸水率降至7.2%，耐熱溫度升至80C，上 述性能有很大的提高。蓖麻油改性水性聚氨酯正是利用了蓖麻油的可再生以及來源廣泛等優(yōu) 良性能。2.2.8天然植物原料改性聚氨酯聚氨酯（PU）材料是性能優(yōu)異的高分子材料，廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、醫(yī)用等領(lǐng)域。 它的主要原料之一是多元醇，根據(jù)不同的用途多元醇可分為聚酯多元醇和聚醚多元醇，最近 聚醚酯多元醇已成為人們關(guān)注的熱點印。由于大部分植物原料不僅是

31、富含羥基的天然化合 物，而且具有穩(wěn)定的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而在石油多元醇的替代和改性中倍受關(guān)注。 我國農(nóng)村每年產(chǎn)生大量的廢棄稻草、秸桿、甘蔗渣和樹皮等植物原料，它們均肯有大量的纖 維素、半纖維素、木質(zhì)素和尊寧等多羥基化合物。通過液化改性的方法，將廢棄植物原料在 聚酯或聚醚多元醇中進(jìn)行混合液化改性，可以滿足性能各異的高附加值聚氨酯的要求。由于植物原料組成的復(fù)雜性，不同植物原料改性PU的效果相同。2002年首先研究了 2 種聚合度不同的麻纖維和蘆葦纖維的液化和PU改性。結(jié)果表明，這2種纖維能顯著提高 聚氨酯的壓縮強(qiáng)度和彈性模量。由于麻纖維纖維素聚合度高，纖維較長39，在聚氨酯泡沫 體中起到了很好的增強(qiáng)

32、效應(yīng)。在聚氨酯的合成過程中適當(dāng)引入纖維素，不僅可提高機(jī)械強(qiáng)度， 而且還能改善耐熱性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這一研究結(jié)果可以在耐高溫保溫材料領(lǐng)域中得到應(yīng)用 38。通過天然植物原料在乙二醇和聚醚多元醇中液化改性，能有效提高聚氨酯的機(jī)械性能 和熱性能，特別是單寧的加入能明顯提高聚氨酯氫鍵化程度、交聯(lián)點密度、耐水性、組分相 容性和體系形態(tài)結(jié)構(gòu)均勻性，避免分離提純的能源浪費，這將有助于推動我國合理利用自然 資源和減少環(huán)境污染的進(jìn)程。可以預(yù)期，以天然植物為原料的聚氨酯在不久的將來得到廣泛 的推廣和應(yīng)用。2.3作為敏化劑及在此方面的應(yīng)用染料敏化太陽能電池在上世紀(jì)六、七十年代就得到了人們的關(guān)注40-42，但是由于光電

33、 轉(zhuǎn)換效率太低，未能引起重視。染料敏化太陽能電池與硅太陽能電池相比，有如下幾個方面的優(yōu)勢：（1）光的利用效率高。 對溫度不敏感，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，溫度升高時效率提高，允許工作溫度可高達(dá) 70C，而硅電池的工作性能則隨溫度升高而下降。（3）制作簡單，成本低，性能穩(wěn)定。（4）生 產(chǎn)過程中耗費的電力比硅太陽電池少得多。完全可以認(rèn)為染料敏化太陽能電池是一種極具前 景的新型太陽能電池。在染料敏化太陽能電池中，敏化劑非常重要，它起著吸收入射光產(chǎn)生光電子并向載體（被 敏化物）轉(zhuǎn)移光電子的作用。自然界經(jīng)過長期的進(jìn)化，演化出了許多性能優(yōu)異的染料，廣泛 分布于各種植物中，提取它們的方法很簡單。因此近幾年

34、，很多研究者嘗試從天然植物中提 取染料代替稀有昂貴的人工合成染料，用作敏化劑，以探討天然染料作為敏化劑的性能。 從植物的花中提取的花青素也有好的光電性能，有望成為高效的敏化染料。植物的葉子具有 光化學(xué)能轉(zhuǎn)換的功能，因此從綠葉中提取的葉綠素應(yīng)有一定的光敏活性。研究表明Cu葉素 敏化納米晶Ti02膜在630nm處，能達(dá)到10%的單色光電轉(zhuǎn)換效率。用它制得的太陽能電池 總的光電轉(zhuǎn)換效率為2.6%的。從植物的花中提取的花青素也有好的光電性能，有望成為 高效的敏化染料。CCalogero等人利用從紅橙汁中提取的色素作敏化劑獲得了 O. 66%的總 光電轉(zhuǎn)換效率44。天然染料突出的特點是成本低，所需的設(shè)備

35、簡單。這提供了一種便捷的 染料獲取方法。天然染料的敏化效率較低，酸堿度對天然染料的光吸收性能以及染料Zn2Ti04膜的結(jié)合 有很大的影響，須對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。此外對天然染料的提取物進(jìn)行純化，提高有效組 分的濃度，會提高天然染料的敏化性能。在DSSC太陽能電池的研究中，穩(wěn)定性、價格和長 期的可操作性是主要考慮的問題。因此，通過提取和提純的方式獲得天然染料是一種很有前 景的獲取DSSC敏化染料的法，但天然染料敏化DSSC走向應(yīng)用還有待于大量研究。3結(jié)語隨著材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，其功能和用途越來越受到廣泛的關(guān)注。一種材料的用途，很 大程度上決定于它所具有的性能，不同的應(yīng)用場合，對材料的性能有不同的

36、要求。而原材料 本身往往有某些性質(zhì)方面的缺點，不能滿足我們的使用要求，為了得到高性能、用途廣的材 料，我們需要進(jìn)一步的研究，如對其進(jìn)行改性等。因此，可以用不同的添加劑對材料進(jìn)行不 同的改性。天然植物來源廣泛形式多樣成本低廉且可再生，不僅能改善很多材料的性質(zhì)，更 環(huán)保無害，從而獲得具有預(yù)期使用性能的材料。天然植物的開發(fā)應(yīng)用對促進(jìn)可持續(xù)綠色高新 技術(shù)產(chǎn)業(yè)及新材料學(xué)的發(fā)展有著極其重要的意義。參考文獻(xiàn)余志成，周秋寶.五倍子色素對真絲的染色機(jī)理及性能研究J.紡織學(xué)報，2003, 24(3)： 187-189.陳建國.我國民族植物色素的應(yīng)用J.中國野生植物資源，2000，19 (2)： 21-24.D.

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