生物降解復合材料

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1、6.4生物降解復合材料應用化學080216.4生物降解復合材料生物降解復合材料的研究起始于20世紀80年代的后期，但由于基體材料和纖維材料在性能、工藝性上的問題，現(xiàn)在尚未能獲得令人滿意的效果。纖維素在聚合物工業(yè)中有廣泛的應用，將它與生物降解塑料復合時，則可以得到生物降解復合材料。Gatenholm等采用木纖維素增強聚羥基丁酸酯（PHB）,它可以改進PHB的脆性和強度。亞麻、大麻、苧麻纖維是符合材料中常用的增強材料。2生物降解復合材料的類型1.微生物合成的聚酯2.來自植物的天然高分子3.化學合成高分子材料。3在自然界中有許多具有良好的生物降解性能的聚酯類物質(zhì),

2、它們可由微生物分泌出的酶作用后產(chǎn)生。在降解過程中,微生物產(chǎn)生的酶將存在極性鏈的聚合物水解,然后微生物將斷鏈碎片分解吸收掉。現(xiàn)在開發(fā)出的主要產(chǎn)品為聚羥基烷酸（PHAS）。6.4.1微生物合成材料4它是采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的一種有光學活性的聚酯,它不但具有質(zhì)輕、彈性、可塑性、耐磨性、抗射線等優(yōu)良性能外,還具有良好的生物相容性和生物降解性。其中聚β一羥基丁酸（PHB）及3一羥基丁酸與3一羥基戊酸的共聚物（PHNV）是PHAS族中應用最廣泛的兩種多聚體。多種微生物在一定條件下能在胞內(nèi)積累作為碳源和能源的貯存物。研究表明,用其制作的香波瓶,在自然環(huán)境中個月即可降解掉,

3、而同樣用合成塑料則需100年左右。因此，PHAS作為種容器、瓶、袋、包裝材料及蓋膜等,而最具發(fā)展?jié)摿Φ慕到馑芰现弧?淀粉,纖維及其衍生物,甲殼質(zhì)及殼聚糖,交聯(lián)蛋白質(zhì),多膚及明膠等天然聚合物在自然界含量相當豐富,將其與合成聚合物共混即可制得良好的生物降解塑料。在降解塑料的生產(chǎn)過程中需添加適量的氧化劑,它能使塑料在降解過程中不致于發(fā)生只有易受微生物侵蝕的淀粉等添加劑部分才發(fā)生降解而其它部分不降解的情況。6.4.2天然高分子及改性6加拿大St.Lawreace公司開發(fā)出Ecostar改性淀粉降解塑料體系,即以改性淀粉作母料,與聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和

4、聚氨酯共混制成可控生物降解塑料,如含15%Ecostar的聚乙烯膜其降解時間只需六個月,當Ecostar含量降到6%時,其降解時間則需3-5年。將易被生物降解的天然聚合物的單體與其他單體共聚，亦可合成全生物降解塑料。7由于大部分生物降解塑料聚合物如天然聚合物淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等都是通過水解的增溶作用而后氧化降解的。故在研究合成路線時必須考慮在聚合物分子鏈上引人易水解基團。另外,聚合物的柔軟性也是影響其降解的重要因素,有規(guī)晶態(tài)結構對微生物降解有阻礙作用,故聚合物無定形區(qū)總是較結晶區(qū)先降解,柔軟的鏈結構如脂肪族聚醋易被微生物降解,而相對僵硬的鏈結構如芳香族聚醋

5、則是生物惰性的,降解較慢。6.4.3合成生物降解塑料8（1）.聚乳酸(PLA):PLA類材料具有良好的生物相容性和生物降解性,且其降解產(chǎn)物能參與人體新陳代謝。故可作為外科臨時敷料及藥用輔料、抗癌藥物投放體系基材和骨折內(nèi)固體等,當前已成為生物降解醫(yī)用材料領域中最受重視的材料之一。制備聚乳酸(PLA)的最簡單的方法是在180℃聚合溫度下使乳酸直接縮合,但只能得到帶色的低聚物。故到目前為止。PLA主要通過LA在仲叔丁基錫和堿金屬烷氧化物等引發(fā)劑作用下開環(huán)聚合制取.9（2）.聚己內(nèi)酯(PCL)：己內(nèi)酯在催化劑作用下開環(huán)聚合生成PCL。PCL具有與天然高分子同等程度的

6、良好生物降解性和優(yōu)良的物理性能,但由于其熔點僅為60℃故還處于研究開發(fā)之中。10（3）.聚醇酸交酯、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯等亦具有優(yōu)良的生物降解性能,更兼有較好的生理適應性,是另一類重要的醫(yī)用高分子材料,在外科縫線、緩釋藥膜、骨釘、人工骨、醫(yī)用粘合劑等方面用途非常廣泛。另外,尚有聚乙烯醇(PVA)、聚二元酸酯、聚酰胺等可生物降解材料、亦具有較高的生物降解性能和優(yōu)良使用性能。116.5可生物降解的聚合物納米微粒概況近年來“綠色聚合物材料”的研究已越來越受重視,如可生物降解性脂肪族聚酯(BAP)、聚乳酸(PLA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚己內(nèi)酯(PCL)、

7、聚乙交酯(PGA)、支鏈淀粉酶、甲殼素衍生物等,這些聚合物已被用來合成各種各樣的材料。但在實際應用中,這類材料還有一些缺陷,如生產(chǎn)費用較高、較難制備以及沖擊強度較低等。12為了克服生物材料力學性能較差等特點,研究者們以PLA、PCL、BAP等為基體制備出層狀硅酸鹽納米復合材料:PLA/MMT、PCL/MMT、BAP/MMT,這不僅大大降低了成本,并使可加工性范圍大大增加,最重要的是提高了這些聚合物基體的生物降解速率。在蒙脫土填充體系中,由于微細晶粒融入到聚合物晶格陣內(nèi)部,其中片狀硅酸鹽層就會阻礙在材料擴散通道中散布分子的流動,從而提高材料的阻隔性能。又由于P

8、LA、PCL、BAP等具有生物降解性,因此以這些聚合