天然植物在材料改性中的应用

1、天然植物在材料改性中的应用摘要：材料改性的方法有很多，一般都是通过添加添加剂来改变或增强它某一方面的性能， 以达到人们的使用要求，而天然植物作为添加剂又有它独特的优势，本文主要是通过介绍材 料的改性方法及用途来认识天然植物在材料改性中的应用。关键词：天然植物；材料改性；应用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前言随着材料科学的迅猛发展，各种不同功能和用途的新材料层出不穷，在不同的场合，人 们可能更关注材料的功能和用途，据此材料一般可分为导电材料、绝缘材料、生物医用材料、 航空航天材料、能源材料、电子信息材料、感光材料等。作为天然有机聚合物，木材和其他 植物纤维是人类最早使用的材料之一。天然植物来源广泛，成本低廉且可再生，如果能将其 应用到更多的领域，不仅能改善很多材料的性质，更环保无害。天然植物的开发应用将对促 进可持续绿色高新技术产业及新材料学的发展有着极其重要的意义。1材料改性的方法

4、与技术一般的材料改性技术有：（1）纤维增强。用天然纤维如亚麻、剑麻增强塑料制造车身零件，在汽车行业已经得到认 可。一方面是由于天然纤维是环保材料，另一方面植物纤维比玻纤轻40%，减轻车重可降 低油耗。用亚麻增强PP制作车身底板，材料的拉伸强度比钢要高，刚度不低于玻纤增强材 料，制件更易于回收。（2）增韧技术。高分子结构材料的刚度（包括强度）和韧性是相互制约的两项最重要的性能 指标。（3）填充改性（粉体填充）。塑料填充改性自二十世纪八十年代初投入市场以来，由于其价 格低廉、产品性能优异，并改善塑料制品的某些物理特性，可替代合成树脂，且生产工艺简 单、投资较小、具有显著的经济效益和社会效益。（4）

5、共混改性。塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂（包括塑料和橡 胶），从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。共混改性是一种与添加改性并驾齐驱的 常用塑料改性方法。几乎所有塑料需要的性能都可通过共混改性而取得。（5）阻燃技术。一般来讲，高聚物阻燃技术主要分为添加型与反应型两种方式，主要是以 添加型为主。即在普通粒料中添加与之匹配的阻燃剂，在搅拌机内充分混合，然后进入以双 螺杆挤出机为主的混炼装置重新造粒，制备出阻燃改性的”阻燃塑料”。（6）接枝改性。目前接枝改性塑料作为大分子偶联剂、相容剂、增韧剂等，应用十分广泛。（7）导电功能改性。多年以来，有关复合型导电高分子的研究不胜枚举，但

6、仍有许多问题 没有得到很好的解决。如在添加导电介质提高导电性的同时，力学性能会有所下降，因此复 合型导电高分子材料的发展主要集中在降低电阻率与提高材料的综合性能两个方面。（8）热塑性弹性体。热塑性弹性体（TPE）兼具热塑性塑料的重复加工性和橡胶的高弹性 等物理机械性能，同时又具有优异的回收再生性。由于热塑性弹性体特殊的分子结构的可调 整性和可控制性，表现出多种优异性能。2天然植物对材料的改性及在各方面的应用天然植物及其提取物可以作为着色剂、增强剂（提高热性能、力学性能）、敏化剂（光 敏性）等对材料进行改性，改善材料的某些性能，提高其应用价值。2.1作为着色剂及在此方面的应用植物染色是指利用大自

7、然中自然生长的各种含有色素的植物提取色素来对对被染物进 行染色的一种方法。是指使用天然染料染色，同时在染色过程中不使用或极少使用化学助剂， 而使用从大自然中取得的天然染料，对产品进行染色的一种工艺。也称“植物染色”、“草木 染色”。它包含植物性染料（如蓝靛）、动物性染料（如紫胶）及矿物性染料（如朱砂），其 中以植物性染料的使用最为普遍，且可用的材料种类也最丰富。天然染料以其自然的色相，防虫、杀菌的作用，自然的芳香赢得了世人的喜爱和青睐。天然 染料虽不能完全替代合成染料，但它却在市场上占有一席之地，并且越来越受到人们的重视。 具有广阔的发展前景。虽然目前要使其商业化并完全替代合成染料还是不现实的

8、，要将天然 染料获取及染色注入新的科技，采用现代化设备，加快其产业化的速度，相信天然染料会让 世界变得更加色彩斑斓。适合应用于开发高附加值的绿色产品，用天然染料染色的织物，其 发展前景非常看好。天然染料的优越性能在以下几个方面表现尤为突出：保健内衣制品、婴 幼儿服装和用品、家纺产品。目前天然染料的应用规模和总量还很小，因此，产业化的路还 很长。产业化的出路要放在纺织和服装产业上，而不是食品和化妆品行业。纺织和服装应用 产业化的市场在中国，中国有得天独厚的资源和市场，理应成为天然染料的最大生产国和使 用国。我们有了理由相信，只要改变观念，大力开发和推广，植物染料的春天正在到来。在人类环保及保健意

9、识逐渐增强的今天，天然染料再次走入人们的视野UM。天然植物药黄 连既是著名的中草药，也是常用的黄色植物染料。黄连的根茎中含有多种生物碱，其中的主 要成分为小檗碱（berberine），属于季铵类生物碱，是黄连药效和色素的主要来源。 一则来自我国叶黄素生产基地的报道一一天然色素为民族品牌增色添彩。这足以说明天然色 素在着色这方面的显著效果及环保价值。当前，药物着色剂的种类比较少，且是以矿质颜料（氧化铁）和合成色素为主。矿质颜料 的缺点是在水中不溶、遇到强酸会发生分解反应，这在一定程度上限制了它的应用；而长期 服用含有合成色素的药物对人体有一定毒副作用。此外，现有的药物着色剂中还缺少显色范 围较宽

10、的紫红系列的色素。我国植物资源丰富，天然植物色素的种类多样。天然植物色素具 有色调自然、安全无毒、兼具营养效果的优点，若能将其应用于药剂工业中，可以增加药物 着色剂的种类，改善色素对药物的着色效果。叶黄素是一种广泛存在于蔬菜、花卉、水果与某些藻类生物中天然色素，是构成玉米、蔬菜、 水果、花卉等植物色素主要组分。据国外研究，叶黄素在甘菊，tagetse erecta）等花卉中含量 最高宵；其次，南瓜、桃子、辣椒、芒果、柑橘中含有丰富“叶黄素酯”也是叶黄素前体。 叶黄素呈有鲜艳黄色，不溶于水，能溶于油脂、乙醇。着色力强，具有耐光、热、酸、碱等 特点，能广泛用于糕点、糖果、调料、酱菜及饲料中作着色剂

11、使用。我国已在饲料添加剂巾 将其作天然着色剂使用。美国凯明食品公司(Kemin Food Co)率先发明生产叶黄素新工艺， 使叶黄素成为一种新型保健食品添加剂。据了解，美国食品与药物管理局在1995年就已批 准叶黄素作为食品补充剂用于饮料食品，以提高营养价值，如用于益视饮料和婴幼儿食品中 8美国2004年调查结果显示，叶黄素类食品、低糖食品、防心血管疾病食品等是功能性食 品发展趋势】9,10。此外，天然染料在这方面的应用还有：紫心甘薯色素取自天然，不仅色彩鲜艳、自然、 独具魅力，而且还具有多种保健功能，因此有望取代化学合成色素(如酸性大红)广泛应用于 口红、胭脂等行业。(紫心甘薯色素对胶囊壳材

12、料的着色、紫心甘薯色素作为药物着色)2.2作为增强剂及在此方面的应用2.2.1植物纤维增强水泥基复台材料植物纤维是自然界最为丰富的天然高分子材料，自然界中每年生长的纤维素 (以天然植物纤维的形式存在)总量多达千亿吨，远远超过了地球上现存石油的总 储量。植物纤维的纤维形态具有长径比大，比强度高，比表面积大等优点11。植 物纤维是一种低成本、可再生的资源，研究将其作为水泥基材料的增强剂有很实际的意义。 植物纤维能较均匀的在基体中分布，对水泥基复合材料强度、韧性、抗裂等力学性能的增强 效果；有效地改善混凝土的各项物理力学性能。与普通混凝土相比，植物纤维混凝土的抗压 强度比普通混凝土略低，但劈裂抗拉强

13、度、抗弯强度、抗拉强度提高，混凝土的韧性也显著 改善。植物纤维的掺入可减少混凝土早期的收缩裂缝，并大大改善混凝土的抗裂性能。对常 用的增强纤维的性能作了对比，通过对剑麻纤维增强水泥基复合材料的研究，认为将剑麻纤 维应用丁水泥基复合材料前景广泛，意义重大。纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材，以非连续的短纤维 或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复台材料12。纤维在其中起着阻止水泥基休中 微裂缝的扩展和跨越裂缝承受拉应力的作用，因而使复合材料的抗托与抗折强度以及断裂能 较未增强的水泥基体有明显的提高。近年来，利用价格相对低廉的植物纤维来增强混凝土的兴趣与日俱增，一些 发达

14、国家的科研单位也配合发展中国家进行了此项研究13。使用价格相对低廉的 天然植物纤维的研究和应用愈来愈受到世界各幽特别是发展中国家的重视14,15。 研究开发植物纤维增强水泥基复合材料不仅能够降低造价，而且有利于环保和可 持续发展，具有深远的意义。使用天然植物纤维作为水泥增强材料始于20世纪初期，当时是用它制成木 浆纤维来代替石棉以生产纤维水泥板。进人20世纪80年代以来，资源短缺.能源 匮乏，生态环境恶化等诸多问题的出现使得人们对天然植物纤维这类可再生、无 污染材料产生极大兴趣和关注，由此就提出了环境协调材料(Environment ConsciousMaterials)的概念。世界各同尤其一

15、些发展中国家也由此开始热衷于 研究和开发使用天然植物纤维作水泥砂浆的增强材料，以探索用植物纤维增强永 泥来制作廉价的建房材料12。剑麻纤维是从剑麻植物叶片中取得的维管束纤维，由纤维素(50%-60%)、 半纤维索(12%-20%)、木质素、果胶等组成，且这些化学成分的含量可能随 种植地域及生长年份的不同而有所差异，但均以纤维素为主。这类纤维一般伸长 率较小、强度较高，具有质地坚韧、耐腐蚀、耐酸碱等多种优点。纤维素纤维具 有很高的强度、结晶度和取向度，这主要是由于纤维素表面大量的羟基在分子内 或分子间形成氧键的缘故16。正是由于纤维素纤维表面含有大量的羟基，可以与 水泥水化产物中的大量羟基基团起

16、作用而形成键，从而可增进界面的致密性，加 强界面粘着强度以及扩大纤维阻裂增强的界面效应。另外，纤维素纤维能够有效 的提供诸如粘着强度和抗拉强度等关键性质所需的平衡17，也是将它作为水泥基 材增强材料的重要原因。传统的增强纤维，不论是铡纤维、碳纤维，还是玻璃纤维、聚丙烯纤维等都是石棉纤维 的良好替代品，但纤维性能与价格之问的矛盾始终是制约它们广泛应用的“瓶颈”，而且这 些纤维的应用不利于环境的可持续发展，因此均已失去了再次大力发展的潜力。剑麻纤维属 于天然可再生资源，生长周期短，产量大，价格低廉，具有优良的力学性能，加工及应用过 程无污染，符合环保要求。另外，其独特的维管束中空结构，可更好的缓解

17、应力集中，加以 合理的改性处理，其综合性能会更加突出。由于植物纤维价格低廉、取材方便、制作工艺简 单，植物纤维增强水泥基复台材料得到了较好的应用18-21。2.2.2树脂基纤维增强摩阻材料综述了国内外目前树脂基纤维增强摩阻材料的研究进展，主要介绍了树脂基摩阻材料的 摩擦学特性及摩擦磨损机理；树脂基体的改性研究成果，归纳了填料种类对摩阻材料摩擦学 特性的影响。对常用的增强纤维性能作了对比，尤其是对天然植物剑麻纤维及其增强材料特 性作了总结。笔者首次研究了剑麻纤维增强汽车刹车片，认为将剑麻纤维应用于摩阻材料将 会是一个新的研究热点。摩阻性树脂基复合材料具有较高的摩擦系数，可有效地起到传动和制动的作

18、用，因 此，广泛应用于汽车、火车、建筑以及工程机械等领域。传统的摩阻材料大多采用石棉作为 增强纤维。目前用于替代石棉的纤维主要有玻璃纤维、钢纤维、碳纤维与石墨纤维、芳纶纤 维、超高分子量聚乙烯纤维、硼纤维、无机矿物纤维、棉纤维等。其中植物纤维资源丰富、 价格低廉、密度低、模量及拉伸强度与无机纤维相近，硬度低故对加工设备磨损小，而且生 物降解性和可再生利用性，对环境污染性及对人体伤害小。在植物纤维中，剑麻纤维具有纤 维长、质地坚韧、富于弹性、拉伸强度大、耐磨擦、耐酸碱、耐海水腐蚀以及耐低温等多种 优良性能四，且属于可再生资源，可自然降解，不会对环境构成负担24,25，价格也比较低 廉。剑麻纤维增

19、强树脂基复合材料，生产工艺简单，具有较高的拉伸和弯曲性能，还具有很 高的冲击强度。通过实验检测，剑麻纤维增强摩擦复合材料的摩擦性能、硬度、冲击强度、 内剪切强度及耐水、盐水、油和制动液性能均达到国家标准要求以剑麻作为摩阻材料的增强 纤维完全可以替代现有的产品。剑麻纤维属于天然可再生资源，具有优良的力学性能，生产、加工及应用过程无污染， 符合环保要求。另外其结构具有内部中空的特点，减震降噪特性突出，兼具优良的抗磨性。 加以合理的改性处理，其综合性能会更加显著。2.2.3天然植物纤维增强环氧树脂复合材料天然植物纤维增强环氧树脂复合材料是利用天然可再生植物纤维与环氧树脂基体复合 而成的一种新型复合材

20、料。传统环氧树脂复合材料通常以无机粉体、碳纤维和玻璃纤维等为 增强体，而天然植物纤维增强环氧树脂复合材料以天然植物纤维为增强体，这为环氧树脂复 合材料的应用开辟了新的途径仲列。以天然植物纤维增强环氧树脂复合材料替代木材或玻 璃纤维材料是目前天然植物纤维综合利用的主要途径之一 R8。随着全降解基体高分子材料 的不断研究开发，用天然植物纤维与全降解基体复合制成生物降解复合材料，如以纤维素、 淀粉衍生物等天然多聚糖为原料制备可生物降解树脂，再与天然纤维复合制备性能优良的全 降解复合材料，可应用于各种环保材料。以天然植物纤维增强的高分子基复合材料将是21世纪环保时代的“绿色产品”，开发轻 质、低成本、

21、高性能的天然植物纤维环氧树脂复合材料具有广阔的发展前景。开发天然植物 纤维增强复合材料，将对天然植物资源高效综合利用、促进可持续绿色高新技术产业及新材 料学的发展有着极其重要的意义。根据增强体形态、基体树脂特性、复合比率及其复合材料 加工过程，天然植物纤维增强环氧树脂复合材料主要有3种成型工艺：塑料加工为特征的复 合工艺、人造板加工为特征的复合工艺和无纺织加工为特征的复合工艺R9。天然植物纤维来源广泛形式多样，但是其主要化学成分相似；为了提高天然植物纤维与 环氧树脂复合材料的综合性能，天然植物纤维必须经过表面改性处理，无论是物理方法、化 学方法还是复合法改性，前提是尽可能保持天然植物纤维的形态

22、和强度，在此基础上进行表 面改性，提高天然植物纤维与环氧树脂的界面连接。天然植物纤维分子内含氢键.加热时会 聚集在一起，导致其在基体中分散不均，从而影响纤维复合材料的综合性能。为改善天然植 物纤维与聚合物的界面结合，扩大其应用范围，研究者进行了大量的工作，并已取得了许多 成果印-33。双酚A缩水甘油醚型树脂/胺类固化剂体系是目前研究较多的天然植物纤维环 氧树脂复合材料基体，酸酐类固化剂很少见到报道。随着能源的短缺和环保要求的提高，可 降解树脂基体材料的研究逐渐成为热点。2.2.4天然植物纤维与可生物降解塑料生物质复合材料糖类的纤维素乙酸酯塑料与麻纤维复合材料具有相对较好性能，德国学者Mohan

23、ty等 将黄麻纤维粗麻布与地毯用背布织物经脱蜡、碱处理、接枝等表面处理，采用3层复合法将 麻纤维与可生物降解塑料聚3-羟基丁酸酯与聚3-羟基戊酸酯共聚物PHBV膜复合，结 果表明，通过纤维增强，复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度都有明显改善，之后， 各种关于天然植物纤维与可生物降解塑料制备复合材料的研究逐渐增多。可生物降解生物质 复合材料可主要应用于汽车部件、装饰装修、包装等领域。欧洲汽车内饰部件，经历了由 天然植物纤维材料替代玻璃纤维增强复合材料的发展历程。近几年，随着汽车废弃回收利用 问题的压力和人们环保意识的增强，汽车内饰行业已经把天然纤维增强可生物降解材料的应 用作为目前汽车用内饰

24、部件用塑料复合材料发展的必然方向。这一点可以从欧洲国家对于天 然纤维增强可生物降解塑料复合材料开发的关注程度得以证实。可生物降解生物质复合材料只有在特定的堆肥条件下才会降解，而在通常的使用环境下 具有相当的耐久性。所以该材料可以用来替代目前广泛应用的各种建筑装饰与装修材料，另 外各种食品仪器等的包装材料往往是短期的一次性使用，该种材料可在这些一次性或短期性 应用部件方面不但满足使用要求，而且废弃后不对环境造成污染。随该复合材料研究的深入， 其应用领域也将会被进一步拓宽.总之，其应用领域是相当广泛的。由以上分析可见，用天 然植物纤维材料与完全可生物降解塑料复合制备新型的环境友好的生物质复合材料是

25、最近 几年新兴的研究领域，虽然由于目前可生物降解塑料生产成本远高于普通塑料，目前生物质 复合材料还没有被大规模地应用。但是随着可用石油资源的减少和人们环境保护意识的增 强，可生物降解塑料的开发与应用将更加引起关注与重视。2.2.5木质素作为填充增强剂木质素作为填充增强剂，可改善橡胶的性能，使橡胶的拉伸性能增加，但耐磨性受到限 制。基于木质素功能基的多样性和复杂性，木质素功能基与橡胶分子间的结合方式还有很大 的潜力可利用。用木质素和聚乙烯或聚丙烯通过共混可以制备具有一定耐寒和抗紫外性的塑 料。2.2.6我国独创天然长效防腐涂料研发成功一种原料全部来自天然植物和资源，且防腐蚀性能优异持久的天然长效

26、防腐蚀涂料由陕 西省安康市金茂生物工程有限公司研发成功。这种绿色环保涂料可广泛应用于海洋钢结构及 工程设施、海底管道及隧道等，尤其对船舶的防污更具独特作用。11月16日，该产品在西 安通过专家鉴定。专家组评价该成果有几大创新点：一是以稻糠等植物提取的有机酸为原料，再以天然云 母及滑石粉进行超细化微胶囊包覆制取复盐，经改性处理制成高效环保生物防锈颜料；二是 以天然生漆提取漆酚为原料，以桐油及亚麻籽油、松香及阿拉伯胶长链聚合物等天然物质为 改性剂制成成膜物质；三是涂料干燥快、附着力强、抗冲击，涂膜可任意调整厚薄，喷涂、 刷涂均可，施工简便环保无毒性。生漆是漆树的一种生理分泌物。生漆是我国特产，陕南

27、秦 巴地区是我国最大的产漆区，品质也最为优良。而稻糠、五倍子、云母、滑石均系陕南地区 丰富的自然资源。金属防腐蚀涂料由防锈颜料和成膜物质（树脂）两部分组成。现有防锈颜料由于防锈性 能不强及含有重金属，已不能满足越来越严格的环保法规和越来越苛刻的防腐蚀环境及防腐 蚀性能要求。同时，现有国内外所用合成树脂的成膜性能都无法和天然生漆漆膜性能相比。 但生漆的缺点是柔韧性、耐碱性及耐紫外线差、漆膜干燥慢，必须通过改性来克服它的缺点。 现有产品大都是以石化合成物质进行改性，具有一定毒性，且性能也差强人意。天然长效防腐蚀涂料采用天然生漆为原料，依据天然生漆分子结构特点及活性基团，巧 妙地在生漆分子结构中引入

28、天然改性剂与植酸及单宁酸制备的高效环保生物防锈颜料进行 交联反应形成杂化络合物，成膜干燥形成网状结构的长效防腐蚀涂层，具有优异的防腐蚀性 能。2.2.7植物油（蓖麻油）改性水性聚氨酯以蓖麻油作为软段的主要原料合成水性聚氨酯对于研究蓖麻油的性质以及其合成水性 聚氨酯材料的性能有着重要的理论和现实研究意义。植物油基聚合物具有来源广泛、价格低廉等一系列优点，因此，可再生的植物油改性制 备性能优良的聚氨酯材料正引起科研工作者极大的关注。随着植物油提取技术、植物油处理 手段与生物技术的不断发展，可用于合成水性聚氨酯的植物油从种类和质量上都有着巨大的 发展空间，经过处理的具有功能化基团的植物油用于聚氯酯的

29、合成可以赋予改性的聚氨酯某 些功能性。现阶段制约植物油改性水性聚氨酯材料工业化的主要瓶颈是由于产地、气候以及 品种的差异导致植物油的质量批次差异性较大，这种品质的不稳定性会给工业生产带来不利 影响，因此，严格控制植物油的质量成为植物油改性水性聚氨酯工业化的必经之路。 YongshengE利用蓖麻油和异佛尔酮二异氰酸酯为主要原料合成了一种水性聚脲氨酯乳液， 并以此为基础合成了其与聚乙烯共混乳液。通过示差扫描量热研究了共混乳液的相容性，具 有三官能团的蓖麻油对树脂结构、共混后的乳液的粒子形貌、涂膜的力学性能进行了有益的 探讨。开辟了蓖麻油改性水性聚氨酯研究的新领域。在随后的几年里，相关的研究成果层

30、出 不穷。訾少宝等利用环氧值为1 2的环氧树脂对蓖麻油基水性聚氨酯进行改性，并研究了 蓖麻油的添加量以及环氧树脂的含量对乳液外观、机械性能以及耐酸碱性能的影响，结果表 明环氧树脂的加入使得水性聚氨酯涂膜的1 20h吸水率降至7.2%，耐热温度升至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来源广泛等优 良性能。2.2.8天然植物原料改性聚氨酯聚氨酯（PU）材料是性能优异的高分子材料，广泛应用于轻工、纺织、医用等领域。 它的主要原料之一是多元醇，根据不同的用途多元醇可分为聚酯多元醇和聚醚多元醇，最近 聚醚酯多元醇已成为人们关注的热点印。由于大部分植物原料不仅是

31、富含羟基的天然化合 物，而且具有稳定的立体网状结构，因而在石油多元醇的替代和改性中倍受关注。 我国农村每年产生大量的废弃稻草、秸杆、甘蔗渣和树皮等植物原料，它们均肯有大量的纤 维素、半纤维素、木质素和尊宁等多羟基化合物。通过液化改性的方法，将废弃植物原料在 聚酯或聚醚多元醇中进行混合液化改性，可以满足性能各异的高附加值聚氨酯的要求。由于植物原料组成的复杂性，不同植物原料改性PU的效果相同。2002年首先研究了 2 种聚合度不同的麻纤维和芦苇纤维的液化和PU改性。结果表明，这2种纤维能显著提高 聚氨酯的压缩强度和弹性模量。由于麻纤维纤维素聚合度高，纤维较长39，在聚氨酯泡沫 体中起到了很好的增强

32、效应。在聚氨酯的合成过程中适当引入纤维素，不仅可提高机械强度， 而且还能改善耐热性能和结构稳定性。这一研究结果可以在耐高温保温材料领域中得到应用 38。通过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机械性能 和热性能，特别是单宁的加入能明显提高聚氨酯氢键化程度、交联点密度、耐水性、组分相 容性和体系形态结构均匀性，避免分离提纯的能源浪费，这将有助于推动我国合理利用自然 资源和减少环境污染的进程。可以预期，以天然植物为原料的聚氨酯在不久的将来得到广泛 的推广和应用。2.3作为敏化剂及在此方面的应用染料敏化太阳能电池在上世纪六、七十年代就得到了人们的关注40-42，但是由于光电

33、 转换效率太低，未能引起重视。染料敏化太阳能电池与硅太阳能电池相比，有如下几个方面的优势：（1）光的利用效率高。 对温度不敏感，可以在较宽的温度范围内使用，温度升高时效率提高，允许工作温度可高达 70C，而硅电池的工作性能则随温度升高而下降。（3）制作简单，成本低，性能稳定。（4）生 产过程中耗费的电力比硅太阳电池少得多。完全可以认为染料敏化太阳能电池是一种极具前 景的新型太阳能电池。在染料敏化太阳能电池中，敏化剂非常重要，它起着吸收入射光产生光电子并向载体（被 敏化物）转移光电子的作用。自然界经过长期的进化，演化出了许多性能优异的染料，广泛 分布于各种植物中，提取它们的方法很简单。因此近几年

34、，很多研究者尝试从天然植物中提 取染料代替稀有昂贵的人工合成染料，用作敏化剂，以探讨天然染料作为敏化剂的性能。 从植物的花中提取的花青素也有好的光电性能，有望成为高效的敏化染料。植物的叶子具有 光化学能转换的功能，因此从绿叶中提取的叶绿素应有一定的光敏活性。研究表明Cu叶素 敏化纳米晶Ti02膜在630nm处，能达到10%的单色光电转换效率。用它制得的太阳能电池 总的光电转换效率为2.6%的。从植物的花中提取的花青素也有好的光电性能，有望成为 高效的敏化染料。CCalogero等人利用从红橙汁中提取的色素作敏化剂获得了 O. 66%的总 光电转换效率44。天然染料突出的特点是成本低，所需的设备

35、简单。这提供了一种便捷的 染料获取方法。天然染料的敏化效率较低，酸碱度对天然染料的光吸收性能以及染料Zn2Ti04膜的结合 有很大的影响，须对其进行进一步的研究。此外对天然染料的提取物进行纯化，提高有效组 分的浓度，会提高天然染料的敏化性能。在DSSC太阳能电池的研究中，稳定性、价格和长 期的可操作性是主要考虑的问题。因此，通过提取和提纯的方式获得天然染料是一种很有前 景的获取DSSC敏化染料的法，但天然染料敏化DSSC走向应用还有待于大量研究。3结语随着材料科学的迅猛发展，其功能和用途越来越受到广泛的关注。一种材料的用途，很 大程度上决定于它所具有的性能，不同的应用场合，对材料的性能有不同的

36、要求。而原材料 本身往往有某些性质方面的缺点，不能满足我们的使用要求，为了得到高性能、用途广的材 料，我们需要进一步的研究，如对其进行改性等。因此，可以用不同的添加剂对材料进行不 同的改性。天然植物来源广泛形式多样成本低廉且可再生，不仅能改善很多材料的性质，更 环保无害，从而获得具有预期使用性能的材料。天然植物的开发应用对促进可持续绿色高新 技术产业及新材料学的发展有着极其重要的意义。参考文献余志成，周秋宝.五倍子色素对真丝的染色机理及性能研究J.纺织学报，2003, 24(3)： 187-189.陈建国.我国民族植物色素的应用J.中国野生植物资源，2000，19 (2)： 21-24.D.

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