[发明专利]一种可生物降解花园水管

说明书

本发明涉及有机高分子化合物技术领域，尤其涉及一种可生物降解花园水管。本发明的发明目的之一是提供一种可生物降解且具有高柔韧性的花园水管，目的之二是公开该花园水管的组成成分，目的之三是公开该组成成分的制备方法。本发明将基础木质素纤维制备成纳米级别纤维，以用于混入聚氨酯中，提高聚氨酯的柔韧性，并从基础木质纤维素中提取适于提高聚氨酯韧性的纳米木质纤维素；发明人比较有机酸对纳米木质素纤维品质的影响，以及有机酸滴加速率对纳米木质素纤维品质的影响，同时测试了有机酸与催化剂的比例对低模量聚酯品质的影响。

技术领域

本发明涉及有机高分子化合物技术领域，尤其涉及一种可生物降解花园水管。

技术背景

花园水管以用于在园林种植过程中，对花草进行浇水的目的而被制备，其按材质可分为波纹软管、橡胶软管、塑料软管。花园水管的主要功能需要满足：a.可弯曲，以便于灌溉过程中的移动以及灌溉工作完成后的收纳过程；b.耐挤压，因其使用场景经常阻挡交通道路，会被过往的行人、车辆所挤压，需要自身具有一定程度的耐挤压特性才能满足正常使用；c.挤压后回弹，仅耐挤压的花园水管，若随后不能自我消除形变，则会影响水流通过，进而影响灌溉过程。

聚氨酯（聚氨酯, polyurethane）是一种由多异氰酸酯、多元醇和多种胺类扩链剂等制备而成的有机高分子化合物，相对于常见的橡胶及塑料，其力学性能更为优秀，适于作为制备花园水管的原材料。然而，基于公众日益关注的环保要求，使用可降解材料制得的花园水管越来越被当地政府所制定的环保政策所接受，进而在市场中具有更高的竞争力。而聚氨酯具有改性成为可降解材料的潜力，原因在于，聚氨酯的合成即是异氰酸酯中的异氰酸根基团（-NCO）与多元醇中的活泼氢化合物反应，通过引入生物基置换二者其中之一即可赋予聚氨酯以可生物降解之特性，然而综合现有能够替代不可再生原料的生物基聚氨酯研究进展，替代-NCO似乎存在更大的挑战，于是发明人更倾向于引入其他生物基作为活泼氢化合物的来源，原因在于，可以与-NCO反应生成聚氨酯的活泼氢化合物种类繁多，包括但不限于：醇、水、酚、胺、羧酸、环氧化合物、脲等等。

纤维素（Cellulose）是自然界中含量最丰富的有机物，是由葡萄糖通过β-D-（1-4）-糖苷键连接而成的聚合物，是植物界中细胞壁的主要成分，基本化学结构图2所示，可见纤维素上具有丰富的羟基，以用于和异氰酸酯中的异氰酸根基团（-NCO）反应。木质纤维素（Lignocellulose）是一种以木材为代表的天然植物纤维素，其结构由微观到宏观依次为细胞、细胞壁、纤维束、微细纤维、原细纤维，已有多种研究将木质纤维素与聚氨酯结合制备改性聚氨酯弹性体材料，如参考文献1中所提及的方法，通过将基础木质素作为提升材料刚性的硬段，以2,4二异氰酸酯的聚丙二醇作为软段，制备了具有高强度的木质纤维素基聚氨酯弹性体，经测试结果证实了，该木质纤维素改性的聚氨酯弹性体，相较于基础聚氨酯弹性体具有更高的抗压强度。此外，参考文献2中也通过使用木质素与异氰酸酯改性的聚丁二烯反应制备得到热塑性木质素基弹性体来提高聚氨酯的硬度。

然而发明人在实际使用中发现，上述文献提供的制备方法制得的聚氨酯材料，其制得的花园水管刚性过高而韧性较低，虽然具有抵抗行人和车辆挤压之功效，但弯曲效果不理想，不利于收纳或者使用。发明人认为，在上述现有技术的基础上，聚氨酯与木质纤维素结合的材料仍然具有进一步提高柔韧性的潜力。

技术背景中提及的参考文献：

1. Materials Science and Engineering: C, 2017, 74: 194-206；

2. Rsc Advances, 2013, 3(44): 21832-21840。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请发明人对木质素与聚氨酯结合过程深入分析研究，以期进一步提高聚氨酯制备形成花园水管的柔韧性，本发明的发明目的之一是提供一种可生物降解且具有高柔韧性的花园水管，目的之二是公开该花园水管的组成成分，目的之三是公开该组成成分的制备方法。

具体的技术方案在下方分别予以说明：