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生物降解材料的开发应用论文 篇1：
浅析新型功能高分子材料的研究
摘要：功能高分子材料其独特的功能和不可替代的特性已带来各个领域技术进步，甚至质的飞跃，且在各行业已产生相当高的经济和社会效益，并导致许多新产品的出现。
关键词：功能高分子材料；光功能；电功能；高吸水性树脂；生态可降解
一、功能高分子材料的介绍以及其研究现状
1.功能高分子材料的简介
功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子。
2.光功能高分子材料
在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。
（1）高功能高分子材料；光功能高分子材料是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料，可制成各种透镜、棱镜、塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料及黏合剂等。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料。（2）生物医用高分子材料；生物医用高分子材料需要满足的基本条件：除具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能；具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的、复杂的形态。（3）电功能高分子材料；导电高分子材料通常是指一类具有導电功能、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105 S/cm）的范围里变化。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
3.新型功能高分子材料
（1）高吸水性高分子材料。高吸水性树脂是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。（2）形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能高分子材料 自19世纪80年代发现热致形状记忆高分子材料，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能材料的特点是形状记忆性，它是一种能循环多次的可逆变化。即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件（力、热、光、电、磁），就会恢复到原始状态。（3）生物可降解高分子材料。生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点，所以其应用领域非常广，市场潜力非常大 。高分子的降解主要是各种生物酶的水解，其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外，在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市场，有很好的发展前景。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料不仅可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
这些新型的高分子材料在人类的社会生活、医药卫生、工业生产和尖端技术等方方面面都有广泛的应用。在生物的医用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯的新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料；在工业污水的处理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；开发的苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂及聚酰亚胺等热固性树脂复合材料，这些材料比模量和比强度比金属还高，是国防、尖端技术等方面不可缺少的材料；同样，在药物的传递系统中应用新型的高分子材料，在包转材料中的应用，在药剂学中应用等等。
三、开发新型高分子材料的重要意义
从上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的丁业化。同时，也更加重视在降低和防止高分子材料生产和使用过程中造成的环境污染。加快高分子材料回收、再生技术的开发和推广应用，大力开展有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。
四、结束语
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。我国国民经济和高技术已进入高速发展时期，需要日益增多的高性能、廉价的高分子材料，环境保护则要求发展环境协调、高效益的高分子材料制备和改性新技术，实施高分子材料绿色工程。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活，工业的进步。
参考文献 ：
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[2]陈莉主编.智能高分子材料[M].北京：化学工业出版社，2016.
（作者单位：沈阳防锈包装材料有限责任公司）
作者：龚俊峰
生物降解材料的开发应用论文 篇2：
3D打印塑料材料技术现状和发展趋势
3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，不但克服了传统减材制造产生的损耗问题，而且使产品制造更智能化、精准化和高效。尤其是涉及到复杂形状的高端制造，3D打印技术显示出了巨大的优越性。随着高端制造业的发展，目前3D打印制造技术受到高度关注，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。
3D打印制造技术主要由3个关键要素组成：一是产品需要进行精准的三维设计，运用计算机辅助设计（CAD）工具对产品全方位精准定位；二是需要强大的成型设备；三是需要满足制品性能和成型工艺的材料。由于3D打印制造技术完全改变了传统制造工业的方式和原理，是对传统制造模式的一种颠覆，因此3D打印材料成为限制3D打印发展的主要瓶颈，也是3D打印突破创新的关键点和难点所在，只有进行更多新材料的开发才能拓展3D打印技术的应用领域。
3D打印制造技术的最终发展是在高端制造领域的应用，由于受材料技术的限制，目前3D打印材料主要以树脂塑料最为成熟，还无法完全满足高端工业3D打印的需要，因此需要现有塑料材料不断完善和改进。塑料材料具有热塑性可熔融的特性，在熔融状态下，从喷头处挤压出来，通过凝固层层叠加最终形成产品。由于塑料材料良好的热流动性、快速冷却粘接性、较高的机械强度，在3D打印制造领域得到快速的应用和发展。塑料材料的熔融粘结特性逐步将树脂塑料用于陶瓷、玻璃、无机凝胶、纤维、金属等，成为3D打印的基础材料[1]。本文主要就3D打印塑料材料技术的现状和发展趋势进行简述。
一、3D打印塑料种类
不同于传统塑料材料，3D打印技术对塑料材料的性能和适用性提出了更高要求，最基本的要求是通过熔融、液状或者粉末化后具有流动性，3D打印成型后通过凝固、聚合、固化等形成具有良好的强度和特殊功能性[2]。适合于3D打印的塑料材料有工程塑料、生物塑料、热固性塑料、光敏树脂和预聚体树脂、高分子凝胶等。
1.工程塑料
工程塑料因良好的强度、耐候性和热稳定性使其应用范围较广，尤其是用以制备工业制品，因此工程塑料成为目前应用最广泛的3D打印材料，特别是以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯砜（PPSF）、聚醚醚酮（PEEK）等最为常用。
ABS材料因具有良好的热熔性、冲击强度，成为通过熔融沉积3D打印的首选工程塑料。目前主要是将ABS预制成丝、粉末化后使用，应用范围几乎涵盖了所有日用品、工程用品和部分机械用品。近年来ABS不但在应用领域逐步扩大，而且性能不断提升，借助ABS强大的粘接性、强度，通过对ABS的改性，使其作为3D打印材料在更广范围得到应用。例如，2014年国际空间站用ABS塑料3D打印机为其打印零件；世界上最大的3D打印机材料公司Stratasys公司研发的最新ABS材料ABS-M30，专为3D打印制造设计，机械性能比传统的ABS材料提高了67%，从而扩大了ABS的应用范围；Stratasys公司发布的第2代数码ABS2，这种新型材料可以通过3D打印薄壁的电子器件，而且具有良好的热稳定性和尺寸稳定性[3]。初创公司3DXTech采用100%的纯ABS树脂和多壁碳纳米管开发出了3DXNano ESD材料，可用于打印一些关键零件在汽车、电子、电气中得到应用。
PA强度高，同时具有一定的柔韧性，因此可直接利用3D打印制造设备零部件。利用3D打印制造的PA碳纤维复合塑料树脂零件强度韧性很高，可用于机械工具代替金属工具。索尔维公司作为全球PA工程塑料的专家，基于PA的工程塑料进行3D打印样件，用于发动机周边零件、门把手套件、刹车踏板等，用工程塑料替代传统的金属材料，最终解决了汽车的轻量化问题[4]。由于PA容易预制成颗粒均匀的球形微细粉体，因此材料流动性好，松装密度高，可以通过3D打印的选择性激光粘合将粉末逐层粘接，精确快速加工成型精密零件。另外，由于PA的粘接性和粉末特性，可与陶瓷粉、玻璃粉、金属粉等混合，通过粘接实现陶瓷粉、玻璃粉、金属粉的低温3D打印。
PC具有优异的强度，其强度比ABS材料高出60%左右，因此适合于超强工程制品的应用。德国拜耳公司开发的PC2605可用于防弹玻璃、树脂镜片、车头灯罩、宇航员头盔面罩、智能手机的机身、机械齿轮等异型构件的3D打印制造。
PPSF具有最高的耐热性、强韧性以及耐化学品性，在各种快速成型工程塑料材料之中性能最佳，通过碳纤维、石墨的复合处理，PPSF显示出极高的强度，可用于3D打印制造高承受负荷的制品，成为替代金属、陶瓷的首选材料[5]。
PEEK具有优异的耐磨性、生物相容性、化学稳定性以及杨氏模量最接近人骨等优点，是理想的人工骨替换材料，适合长期植入人体。基于熔融沉积成型原理的3D打印技术安全方便、无需使用激光器、后处理简单，通过与PEEK材料结合制造仿生人工骨[6]。国内吉林大学在PEEK领域进行深入研究，并申请多项发明专利，其中专利CN103707507A公开了一种PEEK仿生人工骨的3D打印制造方法，利用可以替代金属且具有优良生物相容性的PEEK材料进行仿生人工骨的3D打印制造[7]。
2.生物塑料
3D打印生物塑料主要有聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯（PETG）、聚-羟基丁酸酯（PHB）、聚-羟基戊酸酯（PHBV）、聚丁二酸-丁二醇酯（PBS）、聚己内脂（PCL）等，具有良好的可生物降解性。由于生物塑料具有良好的流动性、快速凝固特性、不易堵喷嘴、环保型、生物相容性，在生物医疗制品的3D打印制造中得到很好的应用。
PLA在3D熔融沉积打印中打印出来的样品成型好、不翘边、外观光滑。新加坡南洋理工大学的Tan K H等在应用PLA制造组织工程支架方面的研究中，采用3D技术成型生物可降解的高分子材料，制造了高孔隙度的PLA组织工程支架，通过对该支架进行组织分析，发现其具有生长能力[8]。成都新柯力化工科技有限公司（以下简称“成都新柯力”）利用低温微细反应技术，通过将PLA冷冻微细处理后进行共混增强，大幅提升了改性的均匀性，对聚乳酸的韧性、冲击强度和热变形温度都有很大程度的提高，使PLA在3D打印材料中具有更加广阔的应用前景[9]。
PETG是采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇为原料合成的生物基塑料。具有出众的热成型性、坚韧性与耐候性，热成型周期短、温度低、成品率高。PETG作为一种新型的3D打印材料，兼具PLA和ABS的优点。在3D打印时，材料的收缩率非常小，并且具有良好的疏水性，无需在密闭空间里贮存。由于PETG的收缩率低、温度低，在打印过程中几乎没有气味，使得PETG在3D打印领域产品具有更为广阔的开发应用前景[8]。ESUN开发出一款具有突出韧性和高强度抗冲击性的PETG，突破了传统聚丙烯酸酯类产品的局限，其抗冲击力是改性聚丙烯酸酯类的3～10倍，其与聚氯乙烯（PVC）相比，透明度更高、光泽好，更便于3D打印且具有环保的优势。
PCL是一种生物可降解聚酯，熔点较低，只有60℃左右。与大部分生物材料一样，人们常常把它用作特殊用途如药物传输设备、缝合剂等，同时，PCL还具有形状记忆性。在3D打印中，由于它熔点低，所以并不需要很高的打印温度，从而达到节能的目的。同时，也由于熔点低使得它可以有效避免人员操作时的烫伤。另外，因为其具有形状记忆的特性，它使得打印出来的东西具有“记忆”，在特定条件下，可以使其恢复到原先设定的形状。在医学领域，可用来打印心脏支架等[8]。针对PCL强度低的缺陷，中国科学院化学研究所研究了一种高强度的可生物降解的PCL 3D打印材料，通过针对性的选用无机组分对PCL进行改性处理，使得PCL改性材料表现出了优异的抗冲击强度及耐蠕变性能[10]。
但由于生物塑料普遍强度较低，因此目前对生物塑料需要进一步的增强处理。
3.热固性塑料
热固性树脂如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂等具有强度高、耐火性特点，非常适合利用3D打印的粉末激光烧结成型工艺。哈佛大学工程与应用科学院的材料科学家与Wyss生物工程研究所联手开发出了一种可3D打印的环氧基热固性树脂材料，这种环氧树脂可3D打印成建筑结构件用在轻质建筑中。比利时Materialise NV公司已开发出一种柔性且耐用的TPU92A-1聚氨酯，用于3D打印用柔性制品，具有弹性好、高抗撕性和动态负载电阻的特点，且瞬间响应，能耐受-4～112℉的温度范围。
4.光敏树脂
光敏树脂是由聚合物单体与预聚体组成，由于具有良好的液体流动性和瞬间光固化特性，使得液态光敏树脂成为3D打印耗材用于高精度制品打印的首选材料。光敏树脂因具有较快的固化速度，表干性能优异，成型后产品外观平滑，可呈现透明至半透明磨砂状。尤其是光敏树脂具有低气味低刺激性成分，非常适合个人桌面3D打印系统。但是现有技术中的光敏树脂用于3D打印时还存在一些缺点，如后期固化的时间较长，易导致形变；综合性能和机械性能存在缺陷，影响应用的范围。
目前国内对光敏树脂在3D打印的应用取得了显著进步，西安交通大学自主研制了3D打印光固化成型材料，成型精度达到0.2mm[11]。国外杜邦公司针对光敏树脂存在固化速度慢、强度差的缺陷，推出牌号为2100、3100的光敏树脂[12]。帝斯曼推出的Somos Nex光固化材料与PC类似，不但韧性、刚性好，而且精度高，可用于高精度的汽车、电子等领域。
适合3D打印的光敏树脂由于技术含量高、配方复杂，目前只有少数几家公司掌握，但已有技术证明，光固化的光敏树脂在3D打印制造领域的应用存在巨大的潜力，甚至可替代工程塑料用于高强、高精密度的制品打印。
5.高分子凝胶
高分子凝胶具有良好的智能性，海藻酸钠、纤维素、动植物胶、蛋白胨、聚丙烯酸等高分子凝胶材料用于3D打印，在一定的温度及引发剂、交联剂的作用下进行聚合后，形成特殊的网状高分子凝胶制品。如受离子强度、温度、电场和化学物质变化时，凝胶的体积也会相应地变化，用于形状记忆材料；凝胶溶胀或收缩发生体积转变，用于传感材料；凝胶网孔的可控性，可用于智能药物释放材料；与人体组织器官的性能相近，可用于医药组织材料，如耳朵、肾脏、血管、皮肤和骨头在内的人体器官都已经可以利用高分子凝胶进行3D打印。Rossiter[13]等在2009年首次将聚丙烯酸材料作为3D打印材料，通过喷射液体聚丙烯酸材料固化形成了三维聚丙烯酸基体材料。英国人Alan Faulkner-Jones将活细胞注入生物凝胶，随着细胞的生长，凝胶最终溶解，最终形成带结构的生物体组织[14]。段升华的发明专利公开了一种3D生物打印水凝胶材料及其应用，该水凝胶材料为聚N-异丙基丙基酰胺类、PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物，含有细胞生长因子及营养组分、水、温敏性聚合物和生物大分子，具有与人体软组织相仿的力学性质，并可包裹细胞，有良好的细胞黏附性，用于人体内时，免疫排斥小、抗过敏，有利于人体健康恢复，生物降解性好[15]。
二、3D打印塑料材料的形态
根据3D打印工艺需要和材料性能的不同，目前3D打印塑料材料的形态主要有丝状、粉末状、液体状。
1.丝状塑料材料
为了使热塑性塑料材料用于3D打印时能够快速熔融并均匀的输送，通常将塑料材料经过螺杆挤出机预制成直径1.75mm或3.00mm的单丝。目前大部分热塑性塑料通过预制成单丝，在预制成单丝的同时可以根据制品需要复合其它材料以提升塑料材料的性能。丝状塑料用于3D打印要求丝料具有良好的弯曲强度、压缩强度、拉伸强度，这样在牵引和驱动力作用下才不会发生断丝，而且要求丝状物具有良好的圆度，以保证送料均匀稳定[16]。广州优塑塑料科技有限公司的专利公开了将ABS或PLA与木粉混合挤出得到3D复合塑料丝，可以用于打印仿木质产品[17]。澳大利亚Swinburne工业大学将铁粉混合到尼龙中通过拉丝获得了1种由金属-塑料复合的丝，可用于3D打印熔融沉积工艺快速成型制品[18]。
2.粉末状塑料材料
对于一些热熔温度高、热敏感、热流动性差、具有热固特性的塑料通常预制成粉末，如聚甲基丙烯酸甲酯粉末、聚甲醛粉末、聚苯乙烯粉末、石蜡粉末、淀粉粉末等，通常需要通过机械粉碎、喷雾干燥获得粉末[18]。为了保证良好的球度和流动性，实现高烧结精度，要求聚合物材料能被制成平均粒径在10～250μm之间的球形粉末材料，这样的材料流动性好、松装密度高[1]。如可以通过气相沉淀等技术手段将塑料制成聚合物微球用于3D打印材料[19]。合肥杰事杰新材料股份有限公司的专利公开了一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制备方法[20]。
3.液态状塑料材料
液体状的3D打印塑料材料由于具有良好的流动性，可以大幅提高打印的精确度。液状的光敏树脂聚合材料是目前应用最广的液体塑料。另外将塑料树脂用溶剂预先溶解为液体；选用凝胶高分子；选用可快速聚合的单体；选用2种液状物可聚合反应的液体如聚氨酯；预聚体通过自聚或者引发聚合等等，都是可选用的液状3D打印塑料材料。青岛尤尼科技有限公司的发明专利公开了一种预聚物3D打印材料，由聚氨酯丙烯酸酯预聚物、光引发剂、含硫表面活性剂组成，在3D打印机中可均匀流动，喷射后快速固化[21]。
三、3D打印塑料改性技术
目前几乎所有的通用塑料都可以应用于3D打印，但由于每种塑料的特性存在差异，导致3D打印的工艺以及制品性能受到影响。目前影响塑料材料应用于3D打印的因素主要有：打印温度高、材料流动性差，导致工作环境出现挥发成分，打印嘴易堵，影响制品精密度；普通的塑料强度较低，适应的范围太窄，需要对塑料做增强处理；冷却均匀性差，定型慢，易造成制品收缩和变形；缺少功能化和智能化的应用。
3D打印产业的关键是材料，塑料材料作为3D打印最为成熟的材料，目前仍存在较多问题：受塑料强度的影响，塑料材料适应领域有限，成品的物理机械特性较差；需要高温加工、低温流动性差、固化慢、易变形、精密度低；缺少塑料在新材料领域的拓展。为此，3D打印塑料改性技出现了一些术改性技术，主要为以下4个方面：
1.流动性改性
为了实现塑料的流动改性，可以参考利用润滑剂等进行改性。但由于使用过多的润滑剂会导致挥发分增加，切削弱制品的刚性和强度，因此通过加入高刚性、高流动性的球形的硫酸钡、玻璃微珠等无机材料可以弥补塑料流动性差的缺陷。对粉末塑料可采用粉体表面包覆片状无机粉体如滑石粉、云母粉等以增加流动性。另外，可在塑料合成时直接形成微球，以确保流动性。
2.增强改性
通过补强材料可以提升塑料的刚性和强度。如通过玻璃纤维、金属纤维、木质纤维用于增强ABS的增强使复合材料适合于3D熔融沉积工艺；粉末状塑料通常通过激光烧结，可以通过复合多种材料进行增强改性，包括添加玻璃纤维的尼龙粉、添加碳纤维的尼龙粉、尼龙与聚醚酮混合等[22]。
3.快速凝固
塑料的凝固时间与结晶性密切相关。为了加快塑料3D熔融沉积后快速凝固成形，可以通过使用合理的成核剂以加快塑料定型凝固，也可以通过在塑料材料中复合不同热容的金属以加快凝固的速度。
4.功能化
塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性，在一些领域应用受到限制。但如果赋予塑料一些功能，会大大拓展塑料在3D打印制造领域的应用范围。如传统功能性塑料制品通常在加工时混入功能性材料，但由于功能性材料的特殊性，对加工工艺、加工设备要求极高，甚至有些功能性材料由于自身热性能的限制无法直接加入塑料中。特别是一些用于生物医疗的复杂器件、导电材料、温控材料、形变记忆材料采用传统制造方法难以满足要求。通过选择3D打印成型，不但可以得到复杂形状的智能材料，而且通过复合使具有功能的材料在3D打印成型时直接填入塑料。如将电磁场、温度场、湿度、光、pH值等敏感材料通过3D打印用于塑料获得智能材料[23]；利用有机聚合物将金属粉末粘接制备具
有形状记忆功能的合金[24]；苏州聚复高分子材料有限公司的发明专利公开了一种快速成型形状记忆高分子材料及其制备方法和应用，硬段结构由二异氰酸酯结合结晶型扩链剂构成，软段结构由聚酯型或聚醚型的多元醇结合构成，所打印的3D产品对于时间的维度具有自发形变回复的能力[25]；西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室利用导电聚合物以及水凝胶与导电颗粒混合体作为电极材料，利用3D打印技术制造了导电水凝胶电极材料[23]；在生物医疗领域，利用3D打印技术制备双管道聚乳酸/β-磷酸三钙生物陶瓷复合材料支架，具有可控的多孔结构，力学性能明显增强[26]。英国华威大学研制出一种新型导电塑料复合材料，而这种材料的最大特点是可供人们打印符合自己意愿的电子产品，从而减少不必要的电子废弃物。另外，塑料通过功能化利用3D技术可以制作高分子光伏材料、高分子光电材料、高分子储能材料等。
四、3D打印塑料发展趋势
3D打印制造技术的发展中，材料是技术提升的关键。由于目前金属制品、陶瓷制品、玻璃制品、木制品等3D成型材料的技术瓶颈，使得3D打印技术还不能完全替代传统的制造技术。3D打印制造技术是一种全新的制造理念，最终将应用于大工业规模化智能生产。由于塑料自身强度的限制，塑料材料在3D打印中的应用目前仅限于普通制品。但随着3D打印技术的发展，传统塑料的性能被大幅提升，依靠塑料强大的快速熔融沉积和低温粘接特性将被广泛应用到3D打印制造领域。除了塑料自身可以通过3D打印制品外，在玻璃、陶瓷、无机粉体、金属等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性来完成。
塑料材料向高强度发展，通过改性塑料的强度被用来直接替换金属用于各类复杂构件，既便宜又质轻，甚至可以替代玻璃、陶瓷等制品，从而使塑料材料在3D制造中被广泛应用。Stratasys公司推出新型热塑性材料ASA是一种用于制造工具和最终成品的通用材料，在抗紫外线稳定性、强度和耐久性方面表现出色。塑料材料可避开低强度的缺陷，向复合化、功能化发展，特别是实现多元材料复合、从而赋予塑料特定功能。通过3D打印技术制造工艺复杂的智能材料、光电高分子材料、光热高分子材料、光伏高分子材料、储能高分子材料等新材料。利用生物塑料的生物相容性，向医学人体组织发展。3D打印在细胞、软组织、器官、骨骼方面具有巨大的空间，尤其是组织工程应用中具有独特的优势[19]。在今后10～20年，塑料材料将仍是3D打印的主流材料。
参考文献
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作者：陈庆 曾军堂 陈韦坤
生物降解材料的开发应用论文 篇3：
生物可降解高分子材料的应用
摘要：目前我国的高分子材料的生产和使用已跃居了世界前列。为尽量减少对人类环境的污染，许多的高聚物迫切需要进行生物可降解。本文主要探讨了生物可降解高分子材料现阶段的开发应用情况。
关键词：高分子材料 可降解 生物
1、前言
现代材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。20世纪后，合成高分子材料的研究迅速增加，给人们生活带来了巨大的便利。随着高分子材料在各个领域的大量应用， 废弃的高分子材料对环境的污染已成为世界性的问题。治理白色污染和寻找新的友好型非石油基聚合物是当前全球关注的问题。 生物降解材料正是治标又治本的有效途径，也是我国可持续发展的需要。
2、生物降解机理
高分子材料的降解分为光降解与光学化降解、机械化学降解、热降解与热学化降解、臭氧引发降解、离子降解、辐射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、 简单的水解或酶反应，以及其他有的机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。
高分子材料的生物降解过程可分为 以下4 个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。依靠范德华力和氢键维系的二次、三次结构的破裂而引发的高分子水合作用以及可能因化学或酶催化水解而破裂的高分子主链使高分子材料的强度降低。对交联高分子材料强度的降低，可能由于高分子主链、外悬基团、交联剂的开裂等造成。高分子链的进一步断裂会导致分子量降低和质量损失。最后分子量足够低的小段分子链被酶进一步代谢为二氧化碳、水等物质。总之， 生物的降解并非是单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学的协同作用， 还是一个相互促进的物理化学过程。目前为止，除了生物降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、 生物侵蚀及生物劣化等。
3、生物可降解高分子材料的应用
生物可降解高分子材料的应用范围很广，可用于农业、园林、水产以及装潢、包装、卫生、 化妆品等领域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物医疗工程领域。
3.1农业、园林、土木等用材
农业、园林、土木等用材包括苗圃用膜材、树根包装袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防护绿化卷材等。各种膜材和功能片材的使用时间不同，有的要求 1 个季节，有的最少要求 1- 3 年，例如：在树苗培植的几年时间里，用于植树方面的材料最终慢慢降解回归土壤. 目前，一些先进的农业国家不断投资建造以家畜粪或农业废弃物为原料的堆肥生产装置，农用等可降解塑料也可通过这些装置回归自然.
3.2装潢、卫生、生活、杂品
装潢、卫生、生活、杂品、医疗用材包括地毯垫布、包装袋、壁纸、帽子、内衣、餐巾纸、桌布、茶叶袋等等。以上大多数都是一次性用品，用后掩埋或燃烧均无毒气产生，还可以与其他有机废弃物一起变为堆肥， 回归自然。值得一提的是，一些具有生物体适应性的生物可降解高分子材料，可以广泛地应用于与生物体相接触的地方，今后还将研究出更广泛的用途.例如：一种称为 “自由树脂” 的材料，能在60℃热水里化成一团软泥，可以加工成各种形状的装饰品、玩具、文具等。冷却后，有足够的强度并长期不变形，再加热后又可以形成新的造型。
3.3包装工程中的应用
在包装行业中，高分子材料的应用越来越多，但是大量废弃的包装材料给环境造成了巨大污染。仅靠减少使用量是不能根本地解决问题的，采用降解性高分子才是可行的办法。目前，各种包装材料中聚乳酸具有最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸的阻气阻水性、可印刷性及透明性良好， 并且其基本原料乳酸是人体固有的物质之一，对人体无毒无害，在食品包装市场上有很大的前景。
很多大公司都看好这种新型的环保材料。可口可乐公司在盐湖城的冬奥会上用了50万只聚乳酸塑料制成的一次性杯子，这些杯子只需40天就可在露天的环境下消失得无影无踪。
3.4生物医学领域
生物可降解材料在医学领域上的应用原理是在机体生理条件下，通过水解或酶解，从大分子的物质降解为对机体无损害的小分子物质或者是小分子物质在生物体内自行降解，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄出去，对机体不产生任何毒副作用。生物降解材料已被广泛用于人造皮肤、缝合线、体内药物缓释剂和骨固定材料等外科手术中。聚丙烯、尼龙及聚酯纤维等合成纤维制成的医用缝合线不能被机体吸收，会产生排异的现象，而且在伤口愈合后还要进行再次手术才能去除。采用聚L-丙交酯（PLLA）、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科缝合线，可在伤口愈合后自动降解并被生物体所吸收，无需拆线，现已商业化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮肤可应用于治疗烧伤换皮等场合。另外，在治疗过程中还可将抗生素类药物及骨生长调节蛋白、骨生长因子等植入材料中，可以防止感染并促进骨愈合，控制药物在体内的释放速率，使药物在体内能够保持有效的浓度，减小或消除副作用，尤其是在植入或附于病区时，则更能显示其优越性。微胶囊技术在控制药物定时释放、增加药物的稳定性、降低药物毒副作用和有效利用率等方面具有积极意义。
4、生物可降解高分子前景展望
目前，生物降解聚合物的开发与应用还存在一些问题，国内外普遍承认，降解塑料比同类现行塑料的产品价格要高许多。聚合物的降解性必然会损害产品的持久性，也会在一定程度上降低它的力学性能，从而限制生物降解聚合物的应用范围。尽管如此，随着环保法规的完善和人们环保意识的增强，生物降解聚合物市场继续增长，尤其是在包装材料、塑料薄膜、医用材料等领域的应用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需经过较长的时间。开发低成本、 具有降解时控性和高效性的生物塑料是这一领域以后研究的主要方向。
总结
生物可降解高分子材料因其独特的性能，使得它的发展前景极为广阔，同时也为减少环境的污染，为人类创造一个无污染的环境发挥巨大的作用。今后生物可降解高分子材料的开发研究主要应针对聚合物的基本性能、成型加工性能及价格等方面有竞争性的高分子品种。对生物可降解高分子材料的研究应主要集中在主要原料(如己内酯、乳酸、乳酸甲酯等)及高聚物的产量大、成本低的生物工艺以及新的聚合工艺和新的高分子改性技术上，加强生物可降解高分子材料的生物降解性能，评价体系的建立和完善， 进一步加强生物可降解高分子材料在我国的工业化进程。
作者：吴电亮