CN115160532A - 一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，所述生物基水性聚氨酯具有的结构式为：
Figure DDA0003802065350000011
其中，R1结构来源于封端剂；R2结构来源于二异氰酸酯单体；R3结构来源于多羟基单体；R4结构可吸附二氧化碳的功能结构；R5结构来源于扩链剂；x选自1～100之间的整数。通过本发明提供的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，能够促进植物的光合作用。

Description

一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子聚合物领域，特别涉及到一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法。
背景技术
工业革命以来，随着经济社会的发展，温室气体排放大幅增加，全球变暖日趋严重，为避免对气候系统造成不可逆转的不利影响，必须采取有效措施减少和控制温室气体的产生和排放。目前，基于自然的解决方案被认为是具有前景的解决方案，例如采用生物固碳方式是缓解全球变暖，最为经济且对环境友好的方式。生物固碳方式例如包括叶面肥和光碳核肥等，作用于叶片表面，提高植物的光合作用实现植物固碳能力的增强，但叶面吸收养分穿透率低，吸收数量少，且叶面施肥易从叶面滴落，喷施养分易被雨水淋失，或喷施液在叶面迅速干燥，影响吸收。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，能够增大农作物的光合作用，促进植物生长。
本发明提供的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯，所述生物基水性聚氨酯具有的结构式为：
Figure BDA0003802065330000011
其中，R1结构来源于封端剂；R2结构来源于二异氰酸酯单体；R3结构来源于多羟基单体；R4结构可吸附二氧化碳的功能结构；R5结构来源于扩链剂；
x选自1～100之间的整数。
在发明的一些实施方式中，所述多羟基单体包括生物基羟基单体或生物可降解羟基单体中的一种或多种混合。
在发明的一些实施方式中，所述的可降解羟基单体包含可降解功能链段，所述可降解功能链段结构式包括
Figure BDA0003802065330000021
Figure BDA0003802065330000022
其中，R6选自氢原子或1～4个碳原子的烷基链；R7选自1～4个碳原子的烷基链或杂原子链段；R8选自4个碳原子以上的烷基链或含杂原子的烷基链段；
m选自1或2；i、j和n选自20～500之间的整数。
在发明的一些实施方式中，所述二异氰酸酯单体包括生物基二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯或脂环族二异氰酸酯一种或多种的混合物。
在发明的一些实施方式中，其特征在于，所述可吸附二氧化碳的功能结构包括叔胺基、胍基、脒基或咪唑中的一种或多种混合。
在发明的一些实施方式中，所述封端剂为小分子一元醇与小分子一元胺。
在发明的一些实施方式中，所述生物基水性聚氨酯的制备方法至少包括以下步骤：
将生物基羟基单体、二异氰酸酯单体和功能单体反应生成预聚物；
将所述预聚物进行扩链反应，获得中间体；
将所述中间体进行封端反应，获得生物基聚氨酯预聚体；
将所述生物基聚氨酯预聚体与分散剂进行分散乳化，获得所述生物基水性聚氨酯乳液。
在发明的一些实施方式中，所述功能单体与所述二异氰酸酯单体的质量比为(0.06～0.40):1。
在发明的一些实施方式中，所述预聚物的合成条件包括反应温度为60～90℃，反应时间为1～5h。
在发明的一些实施方式中，所述的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯在促进植物生长中的应用。
综上所述，本发明提供一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，原料来源广泛，制备方法简单，且原料可降解，且降解产物绿色环保。生物基水性聚氨酯含有可吸附CO2功能单体的生物基水性聚氨酯作为CO2的吸附剂，可以吸收空气中的CO2，增加植物周围的CO2浓度，从而促进植物的光合作用，可实现生物固碳，具有良好的应用前景，通过增加作物周围的CO2浓度增大农作物的光合作用，并抑制作物夜间的光呼吸作用，最终实现农作物增产。
附图说明
图1为实施例中可促进光合作用的生物基水性聚氨酯的制备方法流程示意图。
图2为实施例中聚氨酯乳液喷洒后立即进行测试植物光合作用速率与植物气孔导度图。
图3为实施例中聚氨酯乳液喷洒3天后进行测试植物光合作用速率与植物气孔导度图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。如没有特别说明，以下实施例所示的“％”和“份”分别是指“质量％”和“质量份”。
聚氨酯(PU)，全名为聚氨基甲酸酯，是一种由多异氰酸酯与多元醇合成的高分子化合物；水性聚氨酯，包括水溶性和水乳性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的环境友好型聚氨酯体系，而使用生物基为原料制备的水性聚氨酯则被称为生物基水性聚氨酯。利用聚氨酯分子可设计性强和结构性能丰富等特点，在合成过程中，可以通过功能单体的加入，将功能基团和功能结构引入到聚氨酯体系中，实现水性聚氨酯，包括生物基水性聚氨酯的功能化与高性能化；例如，可以将胺基引入生物基聚氨酯的主链与侧链，通过CO2在水性介质中与氨基的反应，提高生物基聚氨酯大分子链的亲水性，促进其在水中的乳化，并形成较为稳定的水性生物基聚氨酯乳液；该乳液在基材，如植物的叶片上成膜后，在环境温度升高和光照的作用下，会释放出CO2，增加了叶片表面及周边气体中CO2的浓度，促进了植物的光合作用；释放出CO2的功能水性聚氨酯膜，可以继续吸收空气中的CO2，并在一定条件下释放并促进植物光合作用；此过程的循环往复，实现了对空气中CO2的固定与转化利用。
本发明提供的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，在不产生白色污染的条件下，通过固碳的方法促进植物的光合作用，进而促进植物生长，且对植物无毒害作用；使用可降解聚氨酯作为主体材料，并在其中加入含有可吸附CO2的功能基团的有机物，实现吸收与转换并富集CO2的目的，使其在促进植物光合作用等相关领域具有较好的应用前景。
一方面，本发明提供的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯具有如下结构式：
Figure BDA0003802065330000051
其中，R1结构来源于封端剂；R2结构来源于二异氰酸酯；R3结构来源于多元醇；R4结构可吸附二氧化碳(CO2)；R5结构来源于扩链剂，x选自1～100之间的整数。
在本发明实施例中，R1为封端剂，在本实施例中，封端剂例如为小分子一元醇或小分子一元胺，具体例如为甲醇、乙醇、甲胺或乙胺等，在具体实施例中，封端剂例如为甲醇。
在本发明实施例中，R2结构来源于二异氰酸酯。在本发明实施例中，二异氰酸酯单体例如为生物基二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯或脂环族二异氰酸酯等一种或多种的混合物，具体例如为L-赖氨酸二异氰酸酯(L-Lysine Diisocyanate，LDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(Isophorone Diisocyanate，IPDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HexamethyleneDiisocyanate，HDI)等中的一种或多种的混合物。在具体实施例中，二异氰酸酯单体例如为L-赖氨酸二异氰酸酯(LDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
在本发明实施例中，R3结构来源于多元醇，多羟基单体反应后获得羟基单体残基，多羟基单体包括生物基羟基单体或生物可降解羟基单体等中的一种或混合物。在实施例中，羟基单体例如为含可降解功能链段的有机物，可降解部分的结构式例如为
Figure BDA0003802065330000052
等，其中，R6选自氢原子或1～4个碳原子的烷基链，R7选自1～4个碳原子的烷基链或杂原子链段，R8选自4个碳原子以上的烷基链或含杂原子的烷基链段，m选自1或2，i、j、n选自20～500之间的整数。
在本发明实施例中，羟基单体例如选择多羟基单体，且多羟基单体例如为生物基多羟基单体，多羟基单体数均分子量为500～4000。在一些实施例中，多羟基单体例如为聚乳酸多元醇、聚ε-己内酯二元醇、聚氨酯碳酸酯二元醇和植物油多元醇等中的一种或多种的混合物，在具体实施例中，多羟基单体，例如为聚乳酸多元醇和聚ε-己内酯二元醇。
在本发明实施例中，R4为可吸附CO2的功能结构，可吸附CO2的功能结构例如为叔胺基、胍基、脒基或咪唑。其中，叔胺基或咪唑的结构式分别为
Figure BDA0003802065330000061
Figure BDA0003802065330000062
R9～R13各种独立的选自含有1-4个碳原子的烷基链。具体的，可吸附CO2的功能结构为功能单体反应后获得。在本发明中，功能单体例如为N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺、N-甲基二乙醇胺、N-正丁基二乙醇、1,3-二(2-羟乙基)咪唑等中的任意一种或多种组合，在具体实施例中，功能单体例如为N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺(DPA)和1,3-二(2-羟乙基)咪唑。
在本发明实施例中，R5为扩链剂，扩链剂例如为小分子二醇中的任意一种或多种组合，具体例如为1,4-丁二醇、1,3-丙二醇和1,6-己二醇。在具体实施例中，扩链剂例如为1,4-丁二醇。
另一方面，请参阅图1，为本发明还提供一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯的制备方法，制备方法包括步骤S11-S14。
步骤S11、预聚反应：在反应瓶中加入二异氰酸酯单体、羟基单体以及功能单体，在预设条件下反应生成预聚物。
步骤S12、扩链反应：在生物基聚氨酯预聚物中加入扩链剂，继续反应，获得中间体。
步骤S13、封端反应：中间体与封端剂进行封端反应，获得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、分散乳化：将生物基聚氨酯预聚体与分散剂进行分散乳化，获得所述生物基水性聚氨酯。
如图1所示，在本发明实施例中，在步骤S11中，在反应之前，先将原料进行干燥处理，例如为真空干燥。干燥条件例如为真空度0.10MPa、温度110℃，除去全部非结合水和部分结合水。
如图1所示，在本发明实施例中，在步骤S11中，可以将二异氰酸酯单体和羟基单体先混合均匀后再加入功能单体，或者二异氰酸酯单体、羟基单体以及功能单体一起加入进行反应。通过加入功能单体，获得的预聚物具有可吸附CO2的功能结构，实现了吸收与转换并富集CO2的目的。具体的，二异氰酸酯单体和羟基单体的混合条件例如为在稳定气体条件下，在预设温度条件下搅拌混合。其中，二异氰酸酯单体和羟基单体先混合均匀后，再加入功能单体，预设的反应条件例如为反应温度为60～90℃、反应时间为1～5h，又例如为80℃、3h。通入的稳定气体例如为氦气和氮气，又例如为氮气。
如图1所示，在本发明实施例中，在步骤S11中，羟基单体与二异氰酸酯单体的质量比例如为1:(1～3)，功能单体与二异氰酸酯单体的质量比例如为(0.06～0.40):1。在步骤S11中，还可以加入催化剂促进反应，催化剂在二异氰酸酯单体和羟基单体的混合后加入，催化剂例如为有机金属类催化剂或叔胺类催化剂，具体例如为二月桂酸二丁基锡、双二甲氨基乙基醚、三亚乙基二胺、三乙胺、N,N-二甲基环己胺或N,N-二甲基苄胺等。在具体实施例中，催化剂例如为二月桂酸二丁基锡。加入催化剂后反应条件例如为恒温回流反应1～3h。在本发明实施例中，催化剂与二异氰酸酯单体的质量比例如为(0.001-0.008):1。
在图1所示，在本发明实施例中，在步骤S12中，将扩链剂加入步骤S11中反应后的体系中进行反应，或者将扩链剂在步骤S11中和功能单体一起加入反应体系中反应。具体的，扩链反应条件例如为反应温度为60～90℃、反应时间为1～5h，扩链剂与二异氰酸酯单体的质量比例如为0.02～0.2:1。
在图1所示，在本发明实施例中，在步骤S13中，将封端剂加入步骤S12中反应后的体系中进行反应。具体的，封端反应条件例如为反应温度为60～70℃、反应时间为1～3h，又例如为60℃、1h，反应完成后制得生物基聚氨酯预聚体。在本实施例中，封端剂质量根据残余异氰酸酯基团的物质的量计算获得，并已获得两端封端的生物基聚氨酯预聚体。
在图1所示，在本发明实施例中，在步骤S11～S13中，根据体系粘度状态，可在任意反应过程中，适当加入溶剂以降低粘度。在本实施例中，溶剂例如为丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯等环境友好或者可循环利用溶剂，具体例如为丙酮。
在图1所示，在本发明实施例中，在步骤S14中，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯的质子化，得到生物基水性聚氨酯。本发明并不限制生物基水性聚氨酯的固含量，可根据需要调整，例如为5～40％。具体的，生物基聚氨酯预聚体的分散乳化条件，例如为转速为500～1000rpm、机械搅拌时间为0.5～1h，又例如为转速为800rpm、机械搅拌时间为1h。在具体实施例中，CO2水溶液例如为在冰水浴下向去离子水里面通入CO2气体制得，反应时间例如为15～20min，又例如为15min。分散乳化后制得的生物基水性聚氨酯喷洒到植物叶片更均匀，成膜速度更快。
在本发明实施例中，将在步骤S11～S14中制得的生物基水性聚氨酯喷洒在植物叶片上，生物基水性聚氨酯含有大量氨基甲酸酯键，氨基甲酸酯键含有N原子，可以与植物叶片形成氢键作用，可使生物基水性聚氨酯粘附在植物叶片上。在具体实施例中，例如选择烟草叶片进行实验验证。
以下将引入具体的实施例对本发明进行更为详细的阐述。
实施例1
步骤S11、将聚乳酸多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚乳酸多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入3质量份N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺(DPA)与0.5质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.3质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、在另一个反应器中加入112质量份去离子水，在冰水浴下通CO2气体15min，形成CO2水溶液。在800rpm搅拌下，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。生物基水性聚氨酯乳液在植物叶片上成膜后，通过对空气中CO2的吸附与释放，促进植物的光合作用与植物生长。
实施例2
步骤S11、将聚ε-己内酯多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚ε-己内酯多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入3质量份N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺(DPA)与0.5质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.3质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、在另一个反应器中加入112质量份去离子水，在冰水浴下通CO2气体15min，形成CO2水溶液。在800rpm搅拌下，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。生物基水性聚氨酯乳液在植物叶片上成膜后，通过对空气中CO2的吸附与释放，促进植物的光合作用与植物生长。
实施例3
步骤S11、将聚乳酸多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚乳酸多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份L-赖氨酸二异氰酸酯(LDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入3质量份N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺(DPA)与0.5质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.3质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、在另一个反应器中加入112质量份去离子水，在冰水浴下通CO2气体15min，形成CO2水溶液。在800rpm搅拌下，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。生物基水性聚氨酯乳液在植物叶片上成膜后，通过对空气中CO2的吸附与释放，促进植物的光合作用与植物生长。
实施例4
步骤S11、将聚乳酸多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚乳酸多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入2质量份N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺(DPA)与1质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.3质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
S14、在另一个反应器中加入112质量份去离子水，在冰水浴下通CO2气体15min，形成CO2水溶液。在800rpm搅拌下，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。生物基水性聚氨酯乳液在植物叶片上成膜后，通过对空气中CO2的吸附与释放，促进植物的光合作用与植物生长。
实施例5
步骤S11、将聚乳酸多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚乳酸多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入2质量份1,3-二(2-羟乙基)咪唑与0.5质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.3质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、在另一个反应器中加入105质量份去离子水，在冰水浴下通CO2气体15min，形成CO2水溶液。在800rpm搅拌下，将CO2水溶液全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，并向其中不断通入CO2并继续搅拌半小时，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。生物基水性聚氨酯乳液在植物叶片上成膜后，通过对空气中CO2的吸附与释放，促进植物的光合作用与植物生长。
对比例1
步骤S11、将聚乳酸多元醇在真空度0.10MPa、110℃的条件下脱水2h，将干燥后的10质量份聚乳酸多元醇和其它必要的反应组分加入反应器中，反应器上设有冷凝管、导气管、温度计和搅拌器，对反应器内的混合物进行搅拌10-15min后，再加入6.5质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，在N2氛围下混合搅拌，且搅拌温度为80℃，搅拌时间为20min。混合均匀后，再加入0.01质量份二月桂酸二丁基锡，恒温回流反应2h，获得预聚物。
步骤S12、在预聚物中加入2质量份2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)与0.3质量份1,4-丁二醇(BDO)，再在80℃下反应3h，反应过程在稳定气体下进行，例如氮气，获得中间体。
步骤S13、将中间体的温度降温至60℃，先加9质量份丙酮降粘，然后加入0.2质量份甲醇进行封端，且封端反应时间为1h，制得生物基聚氨酯预聚体。
步骤S14、在另一个反应器中加入118质量份去离子水。在800rpm搅拌下，将去离子水全部倒入步骤S13中制得的生物基聚氨酯预聚体中，加入氨水，完成生物基聚氨酯预聚体的质子化，得到生物基水性聚氨酯乳液。
如图2至图3所示，在本发明实施例中，将上述本发明列举的实施例与对比例所获得的生物基水性聚氨酯喷洒在植物叶面上，对植物叶面光合速率和气孔导度测试，测试结果见图2至图3，图2是实施例中生物基水性聚氨酯乳液喷洒后立即进行测试植物光合作用速率与植物气孔导度图，图3是实施例中生物基水性聚氨酯喷洒3天后进行测试植物光合作用速率与植物气孔导度图。
如图2至图3所示，在本发明实施例中，N-1与N-2为空白对照实验组，C-1为对比例实验组，N-1是单独放置的未喷洒生物基水性聚氨酯的叶片，N-2是与D-1放置在一起的未喷洒生物基水性聚氨酯的叶片，D-1与D-2分别为实施例1中喷洒生物基水性聚氨酯一天与连续七天的叶片。其中，折线对应气孔导度，柱状图对应光合速率。
由图2至图3可见，对比N-1、N-2和D-1可以看到刚喷洒时，由于生物基水性聚氨酯中含有大量水分，影响的植物叶片的气孔导致光合作用降低，但成膜后光合速率上升，且提高了其周围的叶片(N-2)的气孔导度和光合速率，证明生物基水性聚氨酯成膜后可以促进植物的光合作用并增大周围环境中的CO2浓度。
由图2至图3可见，对比N-1、D-1和C-1可以看到，D-1中用于测试的生物基水性聚氨酯加入了中加入了含有叔胺基的功能单体N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺，而C-1中用于测验的生物基水性聚氨酯加入不含有可吸附CO2功能结构的功能单体2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)，对比发现，D-1的光合速率和气孔导度大于C-1，测试验证含有可吸附CO2功能结构的聚氨酯可实现固炭并促进植物光合作用。
综上，本发明提供一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯及其制备方法，在制备过程中，羟基单体选择多羟基单体，且多羟基单体为可降解单体，二异氰酸酯单体选择脂肪族、生物基或脂环族单体，原料来源广泛、制备方法简单、降解产物绿色环保。且制备过程中添加功能单体，功能单体包含吸附CO2的功能链，可以吸收空气中的CO2，增加植物周围的CO2浓度，从而促进植物的光合作用与生物固碳，提高农作物产量。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述生物基水性聚氨酯具有的结构式为：
Figure FDA0003802065320000011
其中，R1结构来源于封端剂；R2结构来源于二异氰酸酯单体；R3结构来源于多羟基单体；R4结构可吸附二氧化碳的功能结构；R5结构来源于扩链剂；
x选自1～100之间的整数。
2.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述多羟基单体包括生物基羟基单体或生物可降解羟基单体中的一种或多种混合。
3.根据权利要求2所述的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述生物可降解羟基单体包含可降解功能链段，所述可降解功能链段结构式包括
Figure FDA0003802065320000012
其中，R6选自氢原子或1～4个碳原子的烷基链；R7选自1～4个碳原子的烷基链或杂原子链段；R8选自4个碳原子以上的烷基链或含杂原子的烷基链段；
m选自1或2；i、j和n选自20～500之间的整数。
4.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述二异氰酸酯单体包括生物基二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯或脂环族二异氰酸酯一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述可吸附二氧化碳的功能结构包括叔胺基、胍基、脒基或咪唑中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯，其特征在于，所述封端剂为小分子一元醇或小分子一元胺。
7.根据权利要求1所述的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
将羟基单体、二异氰酸酯单体和功能单体反应生成预聚物；
将所述预聚物进行扩链反应，获得中间体；
将所述中间体进行封端反应，获得生物基聚氨酯预聚体；以及
将所述生物基聚氨酯预聚体与分散剂进行分散乳化，获得所述生物基水性聚氨酯乳液。
8.根据权利要求7所述的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述功能单体与所述二异氰酸酯单体的质量比为(0.06～0.40):1。
9.根据权利要求7所述的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述预聚物的合成条件包括反应温度为60～90℃，反应时间为1～5h。
10.根据权利要求1所述的一种可促进光合作用的生物基水性聚氨酯在促进植物生长中的应用。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04130079A (ja) * 1990-09-19 1992-05-01 Hitachi Ltd 植物及び好気性微生物を利用した炭酸ガスの固定化方法
CN1457642A (zh) * 2003-04-22 2003-11-26 徐常青 利用二氧化碳吸附剂提高植物光合产量增强抗旱能力及防治病虫害的方法与组合物
CN105199072A (zh) * 2015-10-24 2015-12-30 解莹 一种水性聚氨酯分散体及其制备方法
CN106085188A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 南昌航空大学 两种水性可剥聚氨酯分散体的制备方法
US20170335070A1 (en) * 2014-12-18 2017-11-23 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Waterborne polyamide and their chain extension with isocyanates to form cationic waterborne polyureas dispersions
CN108659187A (zh) * 2017-03-30 2018-10-16 合肥工业大学 一种基于二氧化碳调控亲/疏水性的聚氨酯及其制备方法
WO2019181464A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 国立大学法人九州大学 ガス供給装置及びその使用方法、並びに植物栽培システム
WO2021175676A1 (en) * 2020-03-02 2021-09-10 Basf Se Composite foils biodisintegratable at home compost conditions

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04130079A (ja) * 1990-09-19 1992-05-01 Hitachi Ltd 植物及び好気性微生物を利用した炭酸ガスの固定化方法
CN1457642A (zh) * 2003-04-22 2003-11-26 徐常青 利用二氧化碳吸附剂提高植物光合产量增强抗旱能力及防治病虫害的方法与组合物
US20170335070A1 (en) * 2014-12-18 2017-11-23 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Waterborne polyamide and their chain extension with isocyanates to form cationic waterborne polyureas dispersions
CN105199072A (zh) * 2015-10-24 2015-12-30 解莹 一种水性聚氨酯分散体及其制备方法
CN106085188A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 南昌航空大学 两种水性可剥聚氨酯分散体的制备方法
CN108659187A (zh) * 2017-03-30 2018-10-16 合肥工业大学 一种基于二氧化碳调控亲/疏水性的聚氨酯及其制备方法
WO2019181464A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 国立大学法人九州大学 ガス供給装置及びその使用方法、並びに植物栽培システム
WO2021175676A1 (en) * 2020-03-02 2021-09-10 Basf Se Composite foils biodisintegratable at home compost conditions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨公雯: "可实现亲/疏水性转变的聚氨酯及其共聚树脂的合成与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, vol. 1, no. 01, pages 016 - 323 *

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