蓖麻油甘油酯基聚氨酯泡沫的制备及其与香兰素协同抗菌性能研究

本研究针对传统聚氨酯(PU)泡沫材料抗菌性能不足、生物基原料利用率低的问题，通过蓖麻油(CO)与甘油酯化合成蓖麻油甘油酯(COG)，并引入香兰素(Vanillin)作为功能添加剂，开发了兼具优异力学性能、热稳定性和抗菌活性的生物基PU泡沫。研究证实COG基泡沫反应速率更快，压缩强度达248.7 kPa，香兰素添加使材料对金黄色葡萄球菌(S. aureus)抑菌率提升至95.7%，为绿色抗菌材料设计提供了新思路。

　　

随着全球聚氨酯(PU)市场规模突破500亿美元，泡沫材料占比达65%，但其生产长期依赖石油基原料且缺乏抗菌功能。传统PU泡沫在医疗、建筑等领域应用时易滋生细菌，而现有抗菌改性方法多涉及复杂化学合成或毒性溶剂。蓖麻油(CO)虽具有天然抗菌成分蓖麻油酸，但直接制备的PU存在反应慢、机械强度低等问题。如何通过绿色工艺开发高性能抗菌PU泡沫，成为材料领域的重要挑战。

台湾省的研究团队创新性地将食品级香料成分香兰素(Vanillin)引入PU体系，通过甘油酯化改性蓖麻油提升反应活性，在避免使用芳香族异氰酸酯的条件下，成功制备出系列生物基泡沫材料。研究发现，蓖麻油甘油酯(COG)的羟基值达339.1 mg KOH/g，较原料蓖麻油提升99%，使泡沫成型时间缩短40%。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实，所有泡沫样品均形成完整氨基甲酸酯键，且异氰酸酯基团(NCO)完全反应。

研究采用凝胶渗透色谱(GPC)分析分子量分布，热重分析(TGA)评估热稳定性，扫描电镜(SEM)观察泡孔结构，并参照ASTM标准进行压缩测试和抗菌实验。结果显示：COG基泡沫展现刚性特征，压缩强度达248.7 kPa，是传统蓖麻油泡沫的24倍；香兰素的加入使材料对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌率最高提升至84.4%和95.7%；溶剂抗性测试表明所有样品在丙酮中重量保留率>95%。

在热性能方面，COG基泡沫50%热分解温度(T_50%
)达352°C，比石油基产品提高9%。有趣的是，虽然香兰素降低了泡沫密度(从84.3降至70.6 kg/m³
)，但通过调控添加比例，仍可保持36 mW/m·K的优异隔热性能。研究还发现原始蓖麻油的抗菌性优于COG，推测是高温酯化过程导致蓖麻油酸活性降低。

该研究首次实现香兰素在聚乙二醇(PEG)中的直接溶解应用，避免了传统多步合成工艺的有机溶剂消耗。相比需要二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂的现有技术，新方法更符合绿色化学原则。论文发表于《Industrial Crops and Products》，为开发兼具环境友好性和功能性的高分子材料提供了重要参考，特别在医疗敷料、食品包装等抗菌需求领域具有应用潜力。

结论部分强调，这种"一锅法"制备策略成功整合了生物基原料改性、功能添加剂配伍和工艺简化三大优势。尽管材料导热系数仍需优化，但通过甘油酯化和香兰素协同改性的技术路线，为替代含甲醛等有毒物质的传统抗菌材料提供了新选择。该工作不仅拓展了植物油脂在功能材料中的应用，也为芳香族化合物在聚合物中的高效利用开辟了新途径。