可降解高分子范文

可降解高分子范文（精选8篇）

可降解高分子 第1篇

《中国制造2025》中提出,围绕经济社会发展和国家安全重大需求,选择10大优势和战略产业作为突破点,力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。这10大重点领域包括:新一代信息通信技术产业、高档数控机床和机器人、海洋工程装备及高技术船舶、航空航天装备、节能与新能源汽车、轨道交通装备、新材料、农业机械装备、生物医药及高性能医疗器械[1]。在上述10大重点领域可以发掘众多与高分子材料直接相关的研究课题,主要包括高性能纤维/聚合物复合材料及轻量化车身、特种涂料(如降阻和吸波涂层)、高性能膜材料(如分离膜和质子交换膜)、特种工程塑料和橡胶、先进纺织材料、医用生物基塑料,以及仿生智能材料、3D打印材料、石墨烯材料、聚氨酯树脂、氟硅树脂等等。这对于我们高分子材料与工程专业的从来既是挑战,更是机遇。

由此可预见,在不久的将来高分子材料工业的生产及应用规模会继续扩大,新型高性能高分子材料制品会不断涌现。然而,与此同时,环境、能源、健康等矛盾也会日益突出。因此,研究与开发环境友好型可降解的绿色高分子材料成为一项热问题。为了适应国家和社会发展的需求,遵循教育规律和人才成长规律,我校在高分子材料与工程本科专业开设了《可降解高分子材料》专业选修课程。期望通过本课程的学习,达到改善学生的知识框架、拓宽视野、提高专业素养的目的,为学生今后的发展打下良好的基础,同时也为国家培养更多复合型专业人才。

1《可降解高分子材料》课程介绍

可降解高分子材料是相对通用高分子而言的,广义上认为,材料在使用废弃后,在一定条件下会自动分解消失掉。严格地说,是指在特定环境条件下(如光照、加热、微生物侵蚀等),其化学结构发生显著变化并造成力学强度和分子质量下降,最终可以降解成小分子化合物(如二氧化碳、水)并被生态环境吸收的材料。近年来随着社会经济的高速发展,传统高分子塑料和纤维制品得到了极大地发展,但同时大量高分子材料废弃物也给地球带来了十分严重的污染。国际上处理塑料垃圾通常使用的手段主要有:填埋、焚烧和回收再利用三种。填埋塑料垃圾会占用大量的土地资源,也会造成土壤劣化;焚烧会造成大气污染;而回收再利用也会面临高成本的问题。使用废弃后可自然降解,对大自然无污染的可降解高分子材料可以较好的应对上述难题。此外,开发可降解高分子材料的重要意义不仅在于环保的需要,还可以利用其可降解性,开发生物医用材料,比如药物释放和组织工程等[2,3]。这类材料不仅可以达到治疗效果,并可在生物体内分解,参与人体的新陈代谢,并最终排出体外。

作为高分子材料与工程的专业选修课,《可降解高分子材料》围绕着可降解高分子材料近些年研究与开发的新动向,对其原料选择,生产工艺,降解机理,以及应用领域等进行较为系统的介绍。本课程的特点是内容比较系统完整,涵盖了可降解高分子材料的理论研究与开发应用的主要领域和前沿,理论与开发并重,注意广度与深度结合。通过本课程的学习,可以丰富学生的专业知识体系,拓宽专业口径,为学生进一步学习深造和走向工作岗位打下坚实的基础。

2《可降解高分子材料》教学内容

《可降解高分子材料》安排的教学周期相对较短,计划课时为24学时。然而课程涉及的教学内容较为丰富,包括各种可降解高分子的合成机理、生产工艺、物理化学改性和生物降解机理,此外还包括生物医学等交叉学科的专业知识。在教学过程中,教师不可能将所有全部内容全面、深入的向学生讲授。一方面,学生会感到内容纷繁复杂,无法把握重难点,而得不到较好的教学效果;另一方面,对于大四的学生,已经学习了高分子化学、高分子物理、聚合物加工原理等主要的专业课程,基本掌握了高分子科学的一些基础的理论及加工方法,具备一定的自学能力,如果再花大量时间来讲授,也会让学生感到乏味;此外,本课程的教学周期短,也没有足够的时间把所有的知识都在课堂上深入讲清楚。因此,本课程的教学还是以介绍为主,带领学生认识、了解和思考,并为学生解答疑惑。

可降解高分子材料的分类方法有很多种,其中最常用的分类方法是按照材料的生产方法及来源进行划分:天然高分子材料、微生物合成高分子、化学合成可降解性聚酯。根据上述分类,奠定本课程讲授的主体内容,故本课程的教学内容可概括如下:第一章,绪论。主要内容包括:可降解高分子材料概念的提出,生物可降解高分子材料的种类及降解机理,光降解高分子材料的概念及理论等。第二章,天然高分子材料。主要内容包括:重点讲解三种产量最高的多糖类天然高分子材料(淀粉、纤维素、甲壳素/壳聚糖)的结构与性质、化学改性、生产应用、以及降解特征,简单介绍海藻酸、蛋白质、天然橡胶等。此外,芳香多元醇类的木质素也可重点讲解,包括其结构与性质,以及在工程材料(如聚氨酯和酚醛树脂等)中的应用情况。第三章,微生物合成高分子。主要内容包括:聚羟基脂肪酸(PHAs)的结构及性质,微生物合成工艺(发酵工艺),提取技术,以及生物降解性质。重点讲解一种典型的微生物合成高分子,如聚羟基丁酸(PHB)。第四章,化学合成可降解性聚酯。主要内容包括:化学合成可降解性聚酯的概念、种类、合成方法及发展状况,三种最重要的化学合成可降解性聚酯(聚乙交酯PGA、聚乳酸PLA、聚已内酯PCL)的合成、结构、性质和应用。第五章,可降解高分子材料在环境领域中的应用。主要内容:可降解高分子与环境保护密切关系,可降解包装塑料、可降解地膜以及基于树皮(缩合单宁)的聚氨酯材料等材料的生产及应用情况。第六章,可降解高分子材料在医学领域中的应用。主要内容:生物医用高分子材料及相关生物医学领域的概念,发展历程及现状;详细介绍可降解高分子材料在组织工程和缓释药物领域的应用等。

3 多媒体与板书相结合

如前所述,《可降解高分子材料》课程的教学内容非常丰富,几乎覆盖了所有的研究及商品化的可降解高分子材料的合成改性(生产制备)、性质特征和应用情况。故采用信息量大、高效的多媒体技术进行教学是最主要的教学形式。多媒体的教学方法可以使课堂变得更加生动,比如说可以插入一些图片及动画效果形象、直观地反映讲授内容,提高学生的学习兴趣和主动性[4]。但是,多媒体的使用必须得恰当,否则会起到适得其反的效果。多媒体教学最大特点是教学内容信息大,但整堂课都使用多媒体教学时就会造成信息量过大,讲授节奏过快的问题。同时,过量辅助性材料(如图片和动画)的放映也会压缩主要知识点的讲解时间。学生极有可能会跟抓不住核心知识点,仅仅体验一场“视觉之旅”,带来的更严重的后果是学生失去了思考的动力。因此,在《可降解高分子材料》的课堂教学中,可以根据实验情况,对课程中的核心及重点知识进行板书教学,提示学生重点关注并做笔记,如重要的结构式/反应式的提示及相关机理和数学公式的推导[5]。此外,在讲授过程中,教师即兴想起的与教学内容相关的知识也可以板书出来。

4 专题讨论提高教学效果

传统的课堂教学中,一般存在着教师与学生的互动较少,课堂气氛不活跃,学生学习的积极性差、效率低等问题。如果依旧按照传统的方法进行教学,对于《可降解高分子材料》这样一门专业选修课来说,上述存在的问题会更加严重,必然无法取得满意的教学效果。因此,我们应该根据《可降解高分子材料》课程的特点,更新教学理念,充分利用现有的条件改变教学方法,吸引学生的注意力,使学生主动地去获取知识。

面对《可降解高分子材料》的教学课时少,教学内容多的客观情况。一方面,我们需要保持较快的教学节奏,将教学内容尽可能全面地向学生讲授;另一方面,我们也要意识到以快节奏讲授为主的课堂,也会抑制学生的思考、学习积极性和自我表达能力等,很难产生良好的教学效果。将专题讨论引入课堂可以较好的应对这一问题,比如笔者在教学中引入专题讨论。讨论题目如下:近年来,发展环境友好型绿色材料越来越受到人们的重视。试举例说明一种环境友好型产品,并陈述它与非环境友好型产品相比,在原料及生产技术等方面的有何区别?在第一节课,笔者即将题目布置给学生,要求他们上课认真听讲,勤于思考,并从上课所讲授内容中选取一个自己感兴趣的产品进行展开。将全班学生分成十个小组,小组成员在选定了主题后,根据课堂讲授、课本,以及查阅图书馆资料和电子资源对专题进行阐述,并制作成PPT。在最后一次课,学生登上讲台汇报各自的成果,每个小组的汇报时间为5分钟。汇报完成以后,教师带领其它同学讨论,并向汇报小组提问,讨论及提问时间为5分钟。最后,教师对各小组的综合表现进行评价打分,并计入最终的课程成绩。在教学中,加入这种创新的教学模式,可以最大限度地激发学生的学习热情,并促进他们养成思考的学习习惯。同时,学生在准备汇报内容的过程中,会更加透彻地理解课堂知识,也会学习更多课堂之外的知识,自主学习的能力得到了良好的锻炼。因此,这种教学模式预期会取得良好的教学效果[6]。

5 结语

随着环境能源等矛盾的日益突出,可降解高分子材料逐渐成为了新型材料领域的研究热点。可降解高分子材料制品也开始进入了人们的日常生活,并展现出了良好的发展势头。因此,《可降解高分子材料》课程的开设与发展壮大具有非常重要的现实意义。本文介绍了《可降解高分子材料》课程产生的背景和教学内容,并简单探讨了相关的教学方法。目前,笔者在教学过程中遇到的困难主要来源于开设该课程的院校还相对较少,相关教学资料、教材和教学研究也是凤毛菱角。因此,在今后的《可降解高分子材料》课程的教学中,还需要广大教育工作者进一步积累和总结教学经验,提出更多创新教学方法,为国家的可持续发展培养更多优秀人才。

摘要：随着社会经济的发展,环境污染问题日益严峻,可降解高分子材料领域专业技术人才的培养刻不容缓。介绍了《可降解高分子材料》课程的开设背景和课程内容。还进一步提出采用多媒体与板书相结合、专题讨论等教学方法可以提高学生的学习兴趣和主动性,突出重点,培养学生思考和自主学习的能力。为了提高《可降解高分子材料》这门新开设的专业选修课的教学质量,还需要进一步积累教学经验,提出更多创新教学方法。

关键词：可降解高分子材料,教学方法,教学质量

参考文献

[1]秦伟,陈曦.十大战略产业期待突破——新出炉《中国制造2025》重点领域技术路线图详解[J].装备制造,2015(11):38-39.

[2]刘凤兴,程为庄.生物可降解高分子材料及其在药物释放中的应用[J].高分子通报,2004(6):38-41.

[3]任杰,吴志刚,潘可风.可降解高分子材料在骨、软骨组织工程中的应用[J].同济大学学报:医学版,2003,24(1):62-65.

[4]王雅菲,陈娟.多媒体技术在教学过程中的调查探究[J].软件导刊(教育技术),2010,11:31-32.

[5]张旗,刘治田,高翔,等.《功能高分子材料》课程教学改革探究[J].广州化工,2016,44(15):170-171.

可降解高分子 第2篇

一、聚乳酸类共聚物

1913年法国人第一次用缩聚的方法合成了聚乳酸 (PLA) , 1932年Carothers等人提出丙交酯 (Lactide or LA) 开环聚合的方法合成PLA, 但聚合得到的PLA分子量都不高, 机械性能很差, 不能作为强度材料使用, 没有受到研究重视。1954年, 美国Dupot公司希望通过改进丙交酯开环聚合的方法合成高分子量的PLA作为耐久性的聚酯纤维材料, 但由于PLA在潮湿环境中的缓慢降解使其作为耐久强度材料使用的性能并不佳, 未达到Dupot公司作为耐久性材料的预期, 因此该成果并未受到重视。60年代, 再次研究PLA的水敏感特性时, 发现PLA可作降解手术缝合线材料, 引发研究者的广泛关注, 并且发现, PLA可以在有机体内降解, 最终代谢产物为水、二氧化碳, 其中间产物乳酸同样是机体代谢产物且不会积累, 也不会产生不良影响。1970年前后美国Ethicon公司用PLA及其共聚物制备出了能够被人体吸收的手术缝合线, 实现了PLA在生物医药领域的成功的应用。七十年代后期, 一些研究工作者又合成了高分子量且具有旋光性的PLA, 其在药物制剂和外科等方面应用前景受到人们的重视。80年代以来, 人们在PLA在合成、结晶行为、物理性质、医学领域的应用等方面进行了更为深入研究[2]。

PLA可以沿两条路线合成[3]。一种以乳酸单体直接缩聚合成PLA, 称之为直接法;另一种开环聚合法通过乳酸合成中间体丙交酯, 再开环聚合得到PLA, 得到相对分子质量高的PLA, 但步骤较繁琐, 这也造成PLA成本较高, 80年代以后, 有很多学者转而研究对直接法的改进, 以期获得低成本高相对分子质量的PLA[4]。由于两步法获得的PLA相对分子质量高, 目前工业生产上为得到高相对分子质量的PLA基本采用的都是丙交酯开环聚合法。

二、聚己内酯

聚己内酯 (PCL) 使用己内酯开环聚合得到, 是一种具有良好生物相容性、降解产物为水和二氧化碳的可降解材料, 由于其药物通透性良好、对人无毒具有优良的药物通透性, 且FDA批准可应用于人体是一种较好的药物缓释材料。PCL比PLLA具有更强的疏水性, 且规整、柔顺的分子链使PCL结晶性高、体内降解慢, 有利于进行较长时间的药物控制缓释。当然, 亲水性药物的缓释促使PCL与其他生物相容性的单体聚合, 以改善其疏水性共聚或其它功能, 调节共聚产物降解速率, 满足释药需求。

三、聚酸酐

聚酸酐的可降解性体现在其分子内的酸酐键, 在有水的环境里, 酸酐键便会水解为羧酸, 其降解特性接近表面溶蚀, 这是可降解材料可使药物接近零级释放的重要条件。

聚酸酐生物相容性、生物降解性好, 是FDA批准使用于脑瘤辅助化疗, 制备聚酸酐的方法有缩聚法和开环聚合法, 而缩聚又分熔融缩聚和溶液缩聚。高真空熔融缩聚法生产聚酸酐最常用的方法:先将二元羧酸及乙酸进行反应得到参与下一步聚合的酸酐混合物, 于高真空熔融条件下进行缩聚脱去乙酸酐后便得到聚酸酐。虽然已合成多种聚酸酐, 但在载药控制缓释系统得到应用的仅有如聚 (富马酸2癸二酸) [P (FA2SA) ]等少数几类, 在氛仿等常用溶剂中溶解性好, 且具有较好的机械、柔韧性能, 易加工成型。

四、聚原酸酯

原酸酯 (POE) 是将二烯酮和二醇通过人工缩聚得到的具有疏水性的可降解聚合物, POE在诸如四氢呋喃、环己烷等有机溶剂中溶解。但在水中既不溶解也不溶胀, 但水分仍旧会渗入聚合物内, 使POE中酯键水解, 从而引起面降解及本体降解的发生, 产物水溶性小分子可被有机体代谢。如用多元原酸或多元原酸酯与多元醇在无水条件下缩合形成原酸酯键, 也可制得POE。

除以上介绍常用的典型材料外, 生物可降解的高分子材料还有蛋白质、多糖等, 均以通过控制药物的扩散过程、载体降解速率两方面来控制药物从载体释放的速率, 所以载体对药物性质的要求相对于单方面控速的其他聚合物材料而言有所降低, 载药模型的选择范围也更广。生物降解高分子材料应用于有机体作药控制物缓释载体, 药物释放结束后不需要取出, 达到治疗目的的同时, 免除了病患的手术痛苦。

摘要：可降解高分子载体是近年来医用材料领域的研究热点之一, 载体结构会随着自身的降解而逐渐疏松, 药物在载体中扩散、释放阻力就相应地减小, 药物释放速率不会因药物在载体中浓度的下降而减缓。本文主要以聚乳酸、聚己内酯等为代表, 介绍化学合成的可降解高分子材料的发展现状, 如合成方法及性质特点。

关键词：可降解,聚合,高分子,生物

参考文献

[1]丁建东.实用生物医用材料学.上海科学技术出版社, 上海, 2005

[2]别振英.稀土席夫碱配合物引发L-丙交酯和ε-己内酯的开环聚合特性研究[D].杭州:浙江大学;2010范兆乾.聚乳酸 (PLA) 合成与改性的研究进展[J].河南化工, 2011, 28 (8) :21-23

[3]范兆乾.聚乳酸 (PLA) 合成与改性的研究进展[J].河南化工, 2011, 28 (8) :21-23

塑料袋可生物降解性研究 第3篇

塑料袋可生物降解性研究

对3种不同聚合材料的塑料袋生物降解特性借助BOD数字呼吸仪进行了降解试验.试验结果表明,不同类型聚合材料的.塑料袋生物可降解性有较大的差异,这种差异来源于不同材料本身的特性以及用于改善塑料袋机械性能的添加剂等对生物降解的抑制作用.生物降解性能最好的塑料袋是由聚己内酰胺和聚酰胺脂两种聚合材料组成的,在40 d的试验期间降解率达到了76%,而由脂肪族-芳香-共聚多醚以及聚己内酰胺和添加剂混合材料制成的另外两种塑料袋的降解率只有25%.

作 者：田建民 TIAN Jian-min 作者单位：太原理工大学,矿业工程学院,山西,太原,030024刊 名：太原理工大学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年，卷(期)：37(6)分类号：X705关键词：塑料袋 生物降解 生活垃圾

可降解高分子 第4篇

纤维素是自然界中最丰富的可再生资源之一。而且因为其的廉价与可生物降解的特性,在许多方面都得到广泛的应用,尤其是在当前世界的环境问题不断严峻的时候,它的环境友好性更得到人们的关注,人们总是希望尽量发挥其可生物降解的性能,主要方式就是通过开发可生物降解高分子新材料,并且是加以应用,而形成这一步骤的主要手段就是通过纤维素与不同的物质共混,所以这一方面已然成为当代世界各国研究的热点,同样也是可降解高分子材料的产业化重点。

纤维素基共混型可生物降解材料主要包括两种类型,它们分别是与天然高分子的共混以及与可生物降解型合成高分子的共混,两者之间具有本质的差别但是又具有一定程度上的关联性,这在下面的内容中我们会给予具体的介绍。

二、纤维素与天然高分子的共混

纤维素与天然高分子之间的共混,实际上主要有四种。分别是与壳聚糖的共混、与淀粉的共混、与蛋白质的共混以及与自身各种不同衍生物的共混,下面我们就具体了解这些类型中各具有哪些特点与优势:

1、与壳聚糖的共混

壳聚糖自发现以来,众多的科学家对其具体的结构、性质以及其在生物医药上的特性方面都有许多的研究,得出的结论是其或许性质与纤维素有着很大的相似度,两者能够拥有良好的亲和性。所以研究纤维素或者其相应的衍生物与壳聚糖之间的共混,来达到开发性能优良的生物降解塑料也越来越多,而且通过许多具体的实践,已经形成了具有高强度的纤维素薄膜,这些薄膜就是可降解性的塑料的主要原材料,当然这其中还需要有增塑剂等各种辅助材料的辅助,才能够达到更好的效果。

2、与淀粉的共混

纤维素与淀粉的共混,主要原因还是取决于淀粉本身具有的各种优势,淀粉相对于其他物质来说,它的来源是比较丰富的,同时还具有很好的生物降解性能,这对于制备可生物降解材料说优势一个重要的方式。经过相关的研究表明,增塑剂的增加大大降低了拉伸强度,并且两者之间存在着正比的关系,而淀粉的增加则有效的提高了共混物在水-土壤环境中的生物降解性。

3、与蛋白质的共混

蛋白质同纤维素一样都是人类最早发现的具有生物可降解性的天然高分子,而对于这两者进行共混之后形成的可降解膜,更是将它们共同的优势发挥的更好。而且经过多年的努力,已经有具体的研究表明大豆蛋白的加入能够很大程度上改纤维素的各方面性能;而且两者形成的多微孔膜,具有良好的分离性能和力学性能,并在分离和医学领域中得到广泛的应用;同时纤维素与蛋白质的共混还形成了能够利用溶液纺丝法制备纤维素基食品套管,广泛用于食品的包装。

4、与不同纤维素衍生物的共混

纤维素的各种不同的衍生物,拥有其特殊的性能,从而在于纤维素的共混也成为制备可降解材料的途径。具体突出的特点就是更加强了单种纤维素或者单种纤维素衍生物的相容性和热稳定性。

三、纤维素与可生物降解合成高分子材料的共混

近年来纤维素基高分值材料研究的重点逐渐向纤维素与可生物降解合成高分子材料的共混,同纤维素与天然高分子的共混形同,纤维素也有具体的可生物降解合成高分子,主要包括:聚乙二醇、聚己内酯、聚乳酸等,这些物质之间的共混有效提高合成材料的力学性能、加工性能以及生物降解性能。

1、与聚乙二醇的共混

聚乙二醇本身拥有良好的渗透性能以及生物降解性能,它与纤维素共混之后形成的具体材料广泛的应用于分离领域以及医药领域。在渗透领域,主要关注的是共混材料对二氧化碳的渗透性,聚乙二醇与二氧化碳的关系是成正比例的;至于医学领域中的相关应用则是对于药物的释放环境而言的,材料只有在酸性的条件下才能够释放药物。

2、与聚己内酯的共混

聚己内酯在生物相容性和生物降解方面存在较大的优势,用时本身以及其单体都是安全没有毒的,在与许多的聚合物形成共混体系的同时,更发挥其热力学形容或者部分相容的特性。其形成膜具体的优点涉及多个方面,例如:最好的生物降解性能、较好的相容性,其经过两者相共混可作为生物降解材料,应用于药物控释的载体、手术缝线以及包装材料等方面。

3、与聚乳酸的共混

聚乳酸是近些年来受到广泛关注的合成可生物降解材料,它无毒无害、力学和相容性能良好,绝对安全。在经过多方面的的研究表明,两者相关部分与衍生物的共混物能够大大提高降解的速率,同时在纤维素的加入增强了生产标签的水汽渗透性和干燥速度的提高。

4、与其他高分子材料的共混

例如醋酸丁酸纤维素与聚羟基丁酸酯体系不同组成的共混模在力学上是相容的;CAB/PHB体系的研究,两者之间呈现反比的关系,当CAB含量增加,PHB的结晶度和熔融温度降低。

总而言之,开发纤维素基可生物降解共混高分子材料对于资源的节约、环境的保护以及实现石油基材料的升级换代都具有重要的意义。为了以后包装、农业以及医药领域的安全与不断发展,纤维素基可生物降解共混高分子材料必不可少。

参考文献

[1]段丽艳,王春鹏,储富祥.纤维素基可生物降解共混高分子材料的制备和性能[J].高分子材料科学与工程,2008(09).

[2]张元琴,黄勇.以纤维素材料为基质的生物降解材料的研究进展[J].高分子材料科学与工程,1999(05)

可降解高分子 第5篇

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014年在黑龙江省农业科学院黑河分院科研试验基地(N50°25′03″,E127°45′25″)进行,该基地属于寒温带大陆性季风气候,冬长夏短。冬季气温-30~-10℃,夏季气温5~32℃,年降雨量520~620mm,农业生产水源主要以降雨为主。试验区土质为草甸暗棕壤,pH5.81,有机质3.44%,全氮0.175%,全磷0.126%,全钾2.165%,速效氮170.83 mg·kg－１,速效磷65.36mg·kg－１,速效钾113.58 mg·kg－１,试验地选择未使用过地膜的农田,前茬为大豆。

1.2 材料

试验供试玉米品种为德美亚1号。可降解地膜12 种,由吉林地富肥业科技有限责任公司提供,不同地膜主成分的配比不同,降解速率也不同;普通地膜主要成分为聚氯乙烯(哈尔滨市双利塑料厂生产),宽度均为1.3m,厚度0.008mm。

1.3 方法

1.3.1 试验设计试验共设14个处理:12种降解地膜分别编号1~12。 处理13 普通地膜(CK1),处理14露地对照(CK2)。采用大区对比法,不设重复,各处理面积120 m２。 垄距0.66m,行长18m,10行区。5月20日机械单粒播种,理论种植密度75 000株·hm－２,翌日覆膜。底肥分别施用尿素150kg·hm－２,硫包衣尿素200kg·hm－２,磷酸二铵200 kg·hm－２,硫酸钾100kg·hm－２,不需要追肥和灌溉。

1.3.2 调查项目及方法1地膜降解速度调查。覆膜后每10d记录1次地膜降解情况,直至收获为止。记录地膜降解参考指标［１０］,0 级:未出现裂纹(包括风力和人为破坏);1 级:开始出现裂纹(诱导期);2级:田间25%地膜出现细小裂纹;3级:地膜出现2.0~2.5cm裂纹;4级:地膜出现均匀网状裂纹,开始变薄,无大块地膜存在;5级:地膜裂解为4cm×4cm以下碎片,变薄。6级:25%地面无肉眼可见地膜;7级:50%地面无肉眼可见地膜;8级:75%地面无肉眼可见地膜;9级:100%地面无肉眼可见地膜。

2地膜残留量测定［１０］。普通地膜和降解地膜在覆膜前分别称1 m２面积的重量,3 次重复。覆膜后,在每个处理中随机选取6个0.77m长覆膜段(面积1 m２),使用透明纱网罩住地膜(四周压紧、压实)。秋收后,其中3个点去掉纱网,采集0~20cm耕层土壤,分别过20目筛测定当年地膜覆盖农田土壤农膜残留量,剩余每处理的3个点在翌年春季整地前称重,测定第2年地膜的残留情况。

3土壤温度测定。采用曲管地温计进行测定,记录层次为5和10cm,从覆盖当天起每隔7d记录1 次,连续记录2 个月,测定时间为8∶00、14∶00和18∶00。

4土壤水分测定。采用SM200水分测定仪进行测定,测定层次为0~20cm、20~40cm,测定时间为从地膜覆盖后第2天起每隔7d测定1次,连续观测3个月。

5作物生长情况。作物生长发育进程:同步记录大田作物生长发育进程,出苗期、抽雄期、吐丝期、成熟期。

产量及农艺性状测定:果穗长、穗粗、秃尖、百粒重、产量等。

2 结果与分析

2.1 不同地膜降解速度比较

由表1可知,覆膜后40d,各处理均无降解,50d地膜10和地膜12开始降解,地膜11在60d开始降解,其它地膜也陆续开始降解,但普通地膜90d才开始出现一些细小裂纹,因为普通地膜不具有降解性,其出现的细小裂纹属正常损耗。由此可见,除普通地膜没有降解外,其它各降解地膜均有一定程度的降解,其中,地膜12和地膜10开始降解最早,降解效果也最好,至收获降解度为4级,地膜出现均匀网状裂纹,开始变薄,无大块地膜存在;地膜2、3、6、9、11在收获时,降解度为3级,地膜出现2.0~2.5cm裂纹,这5种地膜中,地膜11开始降解的较早,效果也略好于其它4种;而地膜1、4、5、7、8的降解速度相对较慢,至收获期,田间25%地膜有细小裂纹。

2.2 不同地膜降解强度比较

由表2可知,覆膜后130d,地膜12的翌年质量减少最多,当年降解率为17.06%,翌年降解率为43.07%,其次为地膜10和11,当年降解率分别为15.45% 和14.54%,翌年降解率达到39.38%和38.27%;地膜9位居第4,当年降解率和翌年降解率分别为10.06%和36.90%,其它9个处理的当年降解速率均未达到10%,处理6、8、5 的翌年降解率分别为33.11%、31.03%、30.37%,其它处理的翌年降解率均未达到30%;普通地膜质量损失最少,当年质量损失率为4.76%,翌年重量损失率15.37%,为正常损耗。

2.3 不同覆膜处理对土壤温度的影响

由图1可以看出,在覆膜后3个月内,地膜覆盖处理在不同时间的地温均高于无地膜对照,8∶00时的各处理温度差异不大,14∶00和18∶00时覆膜处理和对照处理差异明显,降解地膜和普通地膜的土壤温度差异不明显,由此可见覆膜处理有明显的增温效果,并且降解地膜和普通地膜的保温效果相当。

2.4 土壤水分测定

由各处理土壤水分的测定结果可知,从覆膜到收获这段期间,覆膜后7d后覆膜处理在0~20cm的土层含水量明显高于对照,差异显著;而20~40cm土层深度略大,覆膜时间短,虽然覆膜处理比露地对照的水分高,但差异不显著。在覆膜后56d和63d,所有处理在不同深度的含水量无明显差异,这可能由于该时期连续降雨土壤水分已接近饱和所致。其它时期在不同深度覆膜处理的含水量均高于露地对照且差异显著。12 种降解地膜和普通地膜的保水作用相当。

2.5 作物生长情况

2.5.1 玉米生育进程调查由表3可知,覆盖地膜处理和不覆盖地膜比较,出苗早2~4d,抽雄期和吐丝期早3~4d,成熟期可提前6~7d。各覆膜处理间,包括降解地膜和普通地膜之间各生育进程差异不明显。

2.5.2 地膜覆盖对玉米产量的影响由表4可知,穗长测量结果,CK2(露地)最短,为19.03cm,处理8最长,为20.77cm,各处理差异不显著;秃尖测量结果,处理6最长,为1.00cm,地膜4和CK1(普膜)无秃尖,各处理间差异不显著;穗行数以CK2(露地)最少,与各处理间差异显著,其它处理间差异不显著;行粒数CK2(露地)最少,与其它处理差异显著,其它各处理差异不显著,处理8的行粒数最多,为41.33;百粒重结果中,CK2(露地)最低,与其它处理差异显著;测产结果中CK2(露地)产量9 286kg·hm－２,为各处理产量最低,与其它处理产量差异达显著水平,其它覆膜处理间产量差异不显著,其中地膜9的产量最高,为11 921kg·hm－２,比普通地膜增产7.1%,比露地对照增产28.4%。

*分别表示在0.05水平差异显著。*mean significant difference at 0.05level.

3 结论与讨论

地膜覆盖可以增加耕层土壤的温度和湿度,从而改善水热条件,促进玉米生长,提早出苗,缩短生育进程,而降解地膜可以减少土壤农膜残留［１１］,解决“白色污染”问题,在12种参试降解地膜与普通地膜的对比试验中,各项测试指标与普通地膜均无明显差异,由此可见,可降解地膜和普通地膜的功能是相近的。但推广中也会遇到一些困难,由于可降解地膜的韧性差,生产作业中容易被拉断、撕裂和机械碾压造成破损,并且降解地膜的成本远高于普通地膜,所以目前可降解地膜尚无法完全替代普通地膜［１０］,因此没有大面积推广应用,如果通过增加地膜的厚度来提高拉伸性能和机械强度,必然会降低地膜的降解效果,因此,还需要对不同成分和不同厚度的降解地膜做进一步的研究,为高纬度地区可降解地膜的使用和推广提供理论依据。在本试验中,12 号地膜和10号地膜开始降解时间较早,降解速度也最快,但测产结果中,9号地膜处理的产量最高,由此可见,降解地膜的降解时间可直接影响玉米的生长及产量,降解过早,降解强度高,会影响地膜的增温作用,而降解过晚,降解强度低,不但影响后期的水分渗入,并且土壤中残留地膜过多,达不到应有的降解效果。9 号地膜相对适合高纬度的黑河地区,考虑到该试验是在特定气候类型地区所获得的一年试验结果,还需要继续进行多年试验验证,提高其准确性。

摘要：为了减少农业白色污染,引进了几种降解地膜,进行了可降解地膜、普通地膜和露地栽培玉米的对比试验,探讨可降解地膜的降解性能及对土壤水分、温度和玉米生长发育的影响。结果表明:降解地膜有较好的增温保墒作用,利于玉米生长,可缩短生育期,有助增产,其中9号地膜比普通地膜增产7.1%,比露地对照增产28.4%。可降解地膜在功能上可替代普通地膜,其中12号地膜和10号地膜的降解效果最好,到翌年整地前地膜降解率分别达到13.07%和39.38%。

生物降解高分子材料分析及应用研究 第6篇

如今, 高分子材料的使用量在某种意义上已经成为衡量一个国家工业化程度和人民生活水平的重要标志。随着一些高分子材料的飞速发展, 对人们的生活方面的影响越来越大, 高分子材料给人类的日常生活带来了很大的便利, 使得生活质量得到很大的提高。但是, 由于大量使用高分子材料后而产生了非常多的塑料废弃物, 这些废弃物在处理起来是一件非常棘手的问题, 严重威胁着人类的生存环境, 给自然环境带来不可磨灭的负面影响。

目前对于塑料垃圾的处理方法非常有限, 而且由于这些方法带来的二次污染问题还没有得到有效的解决。通用的处理手段有:填埋、焚烧和回收再利用。填埋法是经常使用的一种处理方法, 这种方法也有一定的弊端, 比如说由于填埋需要, 大量的土地被用来进行填埋塑料垃圾, 造成土壤的浪费, 而且使得土壤的肥力下降, 持续劣化;在对塑料垃圾进行焚烧处理可以获得很好的效果, 但是同时容易产生有毒有害气体, 造成二次污染。另外对塑料垃圾的回收再利用的难度非常大, 花费的成本也比较高, 进行回收处理也无法达到令人满意的效果。从我国的具体国情来看, 对塑料垃圾进行焚烧和填埋的方法并不是十分明智的选择, 最好的途径就是从原材料下手, 改变材料的类型, 加大对环境可降解的高分子材料的开发力度, 这样才能从根本上解决问题。

1 生物降解高分子定义和降解机理

一般来说, 生物降解高分子材料不需要光、热和水等条件, 而仅仅依靠微生物作用就能够发生一系列的物理化学反应, 最终生成CO2和H2O, 所有的生成物都能够被环境完全吸收, 不会对环境造成污染, 从而减少了对人类的危害。目前对于可降解高分子材料的研究越来越深入, 对其概念也做了非常科学的定义, 得到了广泛的认可和统一。按ASTM定义认为生物降解材料是指通过自然界微生物 (细菌、真菌等) 作用而发生降解的高分子。

生物降解的降解作用形式主要分为三种:物理作用、化学作用和酶的直接作用。物理作用指的是一些微生物细胞能够粘附在高分子材料的表面, 这些细胞通过自身的增长使得材料发生机械性的损坏。化学作用主要是由于外界PH或者湿度的变化而发生了一些化学变化, 产生一些新的官能团。

2 生物降解高分子材料的分类

按照材料来源和生产方法的不同, 可以将生物降解高分子材料分为以下三种。

(1) 微生物生产高分子通过微生物发酵获得高分子材料。较有代表性的是英国ICI公司开发的3-羟基丁酸和3-羟基戊酸酯的共聚物 (PHBV) 及其衍生物 (商品名为Biopol) 和日本东京工业大学资源研究所开发的聚羟基丁酸酯 (PHB) 。这类产品具有较高的生物分解性, 但由于其较高的生产成本, 使得其价格非常昂贵, 目前在消费中占了非常低的比重。努力开发新的工艺方法可以降低成本, 是这种方法今后的发展方向。

(2) 合成高分子材料如已成为研究开发热点的聚乙烯醇和主要活跃在医用领域的聚乳酸 (PLA) 等, 另外还有美国Union Car-bide公司以聚己内酯 (PCL) 为原料开发的商品名为“Tone”的产品 (售价在4.4美元/kg左右) 。

(3) 天然高分子材料是指用纤维素、淀粉、甲壳素、单宁和树皮等为原料合成的塑料, 用这些原料制成的材料可以完全降解, 对环境带来的压力几乎可以忽略不计, 对于解决资源枯竭和环境污染的治理问题具有重要的意义。目前, 美国、日本、奥地利和中国等国家正积极研究开发这类降解塑料, 它们具有很好的完全生物降解性和透气性。

天然高分子材料虽然具有以上的优点, 但是它的热力学性能相对较差, 因此如何制得具有更好降解性和实用性的生物降解材料是摆在国内外研究者面前的一个重要的研究课题。

3 生物降解高分子材料的应用

20世纪80年代后, 人类所面临的环境污染与能源枯竭问题越来越严峻, 在这种背景下, 生物降解材料逐渐发展起来, 作为一种新型的环保材料, 也更多的被应用于日常生活当中。随着人们生活质量的提高, 相应的对生活环境提出了更高的要求, 使得该产业获得的很好的发展机遇, 展示出蓬勃的发展前景。根据相关分析, 生物降解材料主要在以下几个领域的发展比较好, 在市场中比较受欢迎。

3.1 水域环境中生物降解材料的应用

据日本有关部门对水域环境的调查结果表明, 高分子材料的污染有废渔网、废弃的渔船、废的聚苯乙烯 (来源于保温渔箱) , 由于水域环境的特殊性, 决定了其不易回收、管理难度大的问题。这些废弃物不易被注意, 因而其危害性也越大。

由于生物崩解性的降解材料可能产生二次污染, 所以对渔网生物降解性的要求越来越高, 能完全降解为C02和H2O是其发展的必然趋势。但在实际操作中, 渔网的质地、性能强度与生物降解性的矛盾已成为研究开发的关键。

目前使用的渔网线材料大体可分为尼龙 (PA) 、聚酯 (PET) 和聚乙烯 (PE) 等。其中PA的生产和使用量是最大的, 很受人们的青睐。相对而言, PE的价格虽然贵些, 但其强度大, 故而也很受欢迎。近来PCL的出现为生物降解材料在这一领域的应用开辟了新的途径。

3.2 容器包装材料中生物降解材料的应用

发泡聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯是大多数容器包装材料中主要的化工材料, 主要用于一些一次性使用的商品的包装和一些容器中, 在这些物品中经常被使用到, 是造成白色污染的罪魁祸首。基于这个原因, 人们开始考虑用一些可降解的塑料来取代这些污染比较大的材料, 这些举措有利于减少塑料垃圾对于环境的破坏, 帮助我们更好的治理塑料污染带来的环境问题。如用生物降解塑料制成的各种包装袋以及各种包装容器等, 废弃后可和垃圾一起被降解成肥料, 给垃圾处理带来极大的方便。

在现有食品包装用材料 (发泡聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯) 中加入淀粉、生物降解剂、生物降解促进剂、光敏剂、光敏促进剂和其他一些添加剂, 可制成生物降解食品包装材料, 或生物和光双降解食品包装材料, 在食品包装材料中得到的广泛的使用。

3.3 玩具及体育器械中生物降解材料的应用

玩具的生产中塑料的使用已相当普遍, 废弃玩具的回收在实际操作中具有很大的难度。在日本有一种称为“自由树脂”的塑料, 这种塑料在60℃的温下能够展示出很好的延展性, 根据这个特性可以将这些塑料捏造成各种各样的形状, 制成玩具、装饰品、文具等, 在冷却以后又展现出很好的硬度, 有利于形状的保持, 同样的再加热到60℃以后又开始变软, 重新用来塑造形状。大一点的孩子或成人对于滑雪运动不会陌生, 但对于滑雪板的弯曲强度和抗冲击强度与材料的关系方面了解的人可能不多。最近一些材料专家用聚酰胺纤维、碳纤维及环氧树脂作原料, 采用拉挤工艺, 生产出一种滑雪杖, 这种滑雪杖抗冲击强度高、弯曲强度大, 已经被大力开发和使用。

3.4 降解材料在医学领域的应用

随着高分子材料的飞速发展, 越来越多的材料在日常生活中得到应用, 其中每种材料的性质也有非常大的差别。在医学领域中材料的使用也有很长的历史, 主要用于人体各种组织的修复与置换, 也可以作为药物控制体系的载体材料和体内短期植入物, 在这些方面的应用最多。将用生物降解高分子作为载体的长效药物植入体内, 在药物释放完之后也不需要再经手术将其取出, 这样可以有效的帮助患者减轻病痛, 也可以达到更快的治愈。目前作为药物载体被广泛研究的生物降解性高分子有聚乳酸、乳酸一己内酯共聚物、乙交酯一丙交酯共聚物和己内酯一聚醚共聚物等脂肪族聚酯类高分子, 此外还有胶原、海藻酸盐、甲壳素、纤维素衍生物等天然高聚物。这种生物降解高分子是抗癌、青光眼、心脏病、高血压、止痛以及避孕等长期服用药物的理想载体。这类材料可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变, 其降解产物能通过正常的新陈代谢或被肌体吸收利用或被排出体外, 主要用于送达载体及非永久性植入装置。

另外, 生物降解高分子材料也可用于文体用品中的高尔夫球具、钓鱼竿和海洋、登山等野外制品等, 具有很好的发展前景。

摘要：随着社会的进步, 高分子材料在日常生活中的各个方面越来越被广泛的使用, 同时也造成了一定的资源浪费和环境污染。因此, 开发新型环境友好型的生物降解材料显得尤其重要, 并在世界范围内掀起了一股热潮。本文综述了生物降解高分子的降解机理, 着重介绍生物降解高分子材料的分类和研究应用进展。

关键词：生物降解,高分子材料,降解机理

参考文献

[1]贺爱军.降解塑料的开发进展[J].化工新型高分子材料, 2002, 30 (3) :1-7.

[2]王身国.可生物降解的高分子类型、合成和应用[J].化学通报, 1997, 2:45-48.

[3]李世普.生物医用材料导论, 武汉科技大学出版社, 2000.

[4]王琳霞.生物降解高分子材料[J].塑料科技, 2002, (147) :37-41.

[5]黄根龙.生物降解高分子材料[J].上海化工.1996, (2) :32.

[6]翁端, 等.环境高分子材料发展与展望—第三届国际环境高分子材料大会综述[J].高分子材料导报, 1998, 12 (1) :1-4.

[7]王钧, 等.完全生物降解性高分子材料—聚乳酸的合成及应用[J].粮食与饲料工业, 2002, (6) :46-47.

[8]陈祥, 高林, 等.生物降解高分子材料在医药领域中的应用[J].化学推进剂与高分子材料, 2005, 3 (1) :31-34.

可降解高分子 第7篇

目前, 可生物降解高分子材料在医药领域的应用主要在以下几个方面:

一、修复人体某部分缺陷的组织

崔西栋等[3]利用可生物降解材料聚乳酸-聚羟基乙酸进行大鼠鼓膜修补术, 并与传统的鼓膜修补材料进行比较, 认为二者之间穿孔愈合率的差异无统计学意义, 说明以聚酯材料行鼓膜修补术是有效的, 可获得与肌筋膜行鼓膜修补术相当的成功率。周炳华等制备了改性聚乳酸-羟基乙酸/胶原复合支架, 其具有较好的亲水性和细胞亲和性, 对细胞增殖有显著的促进作用。有人制备了偏磷酸钙晶须与PLLA复合材料, 并对其进行了体外细胞研究, 发现其能够促进成骨细胞粘附与增殖, 具有良好的细胞相容性, 可用于骨折内固定材料。

杨利剑等利用自行培养的雪旺细胞 (SCs) 与聚乳酸/硫酸软骨素/壳聚糖 (PDLLA/CS/CHS) 复合材料进行相容性研究, 结果表明, 该材料具有良好的材料-细胞界面, 利于SCs黏附及生长、增殖, 可应用于周围神经修复的研究。Zhu等分别利用壳聚糖-肝素、胶原蛋白改性聚乳酸, 改性后的材料对细胞的粘附作用得到较大提高。

二、医用制品中的人造材料

可降解高分子合成材料能够作为种子细胞临时生长的支撑, 并随着种子细胞的生长、增殖, 新细胞外基质的产生而逐步降解。此外, 其可控性好, 易于合成, 因此在组织工程方面的临床应用前景十分广阔[8]。刘华国等[9]制备了PCL多孔支架, 该支架连通性好, 空隙尺寸从10μm-100μm, 大孔和小孔搭配共存, 是一种比较理想的组织工程支架制备方法。Lendlein等人发现PCL和PDC的多嵌段共聚物具有形状记忆效应, 并用其制成了手术缝合线。张翼等使用丝纤蛋白对聚三羟基丁酸酯和聚三羟基己酸酯共聚物 (PHBHHx) 支架进行修饰, 结果发现修饰后的支架生物相容性更好, 促平滑肌细胞生长的能力更优。Galego等研究了聚-β-羟基丁酸酯 (PHB) 、β-羟基丁酸酯与β-羟基戊酸酯共聚物[P (BHB-co-BHV) ]及其与羟基磷灰石 (HA) 共混材料的各项性能, 研究发现含以92:8的比例共聚的P (HB-co-HV) 与30%的HA共混后所得材料具有与人体骨相匹配的机械性能, 更适宜于用作骨固定材料。Hu等制备了PHAs类聚酯的三元共聚物, 发现该三元共聚物具有较粗糙的表面, 且其表面细胞的生长量及成骨性都优于其它PHAs类聚酯。

Lumiaho等研究了聚乳酸输尿管局部支架在比格犬中的应用, 发现该支架管并不影响上尿路动力学, 其生物相容性良好, 同时避免了对输尿管膀胱连接处抗返流功能的影响。Li等制备了改性HA与聚乳酸的共混物, 该共混物具有较好的分散性和粘附性, 其耐热性、抗张强度和弹性模量都得到提高。这表明在解决了HA分散性的同时, 调节HA含量可得到性能相对优异的可降解医用材料。

三、药物控释载体

可生物降解的高分子材料由于其生物相容性和生物降解性使其可作为药物控制释放载体, 缓释药物在降低药物总剂量、体内保持恒定的药物有效浓度、提高药物的药理活性、降低毒副作用及减少服药次数等方面都具有重要意义。

聚乙二醇 (PEG) 具有优良的水溶性、生物相容性、低毒性等优点, 以PEG为亲水段、脂肪族聚酯为亲油段的两亲性嵌段共聚物, 其疏水内核可包埋药物, PEG在纳米粒子表面, 对粒子分散在水中起立体稳定作用, 同时延长了纳米粒子在血液系统中的循环时间。Ruan等合成了PLA-PEG-PLA嵌段共聚物, 通过其作为抗癌药物紫杉醇载体的性能测试, 发现其有较好的释药速率、机械性能及生物相容性。Claper等合成了以疏水性PLA为核、亲水性PEG在两侧并以丙烯酸酯基封端的共聚物, 该聚合物的交联度及力学稳定性都得到提高。

巩长旸等合成了可生物降解温度敏感性聚 (己内酯-泊洛沙姆-己内酯) 共聚物水凝胶, 当该共聚物水溶液浓度高于临界凝胶浓度时, 随着温度的变化呈现出凝胶-溶胶转变特性, 这些性质使该水凝胶在药物控释等领域有着广泛的潜在价值。姚加等将D-葡萄糖酸内酯键合在PCL聚合物链上, 研究发现该共聚物易在水溶液中形成胶束, 且大分子末端糖基的存在提高了聚合物的水溶性, 也使得形成的胶束能够借助于糖基和蛋白之间的亲和作用, 而成为潜在的靶向载药材料。肖凯等用聚三亚甲基碳酸酯-丙交酯为载体, 制备含左旋18甲基炔诺酮 (LNG) 的载药微球, 研究表明, 不同共聚组成聚合物制得的微球LNG的释放速率不同, 均有对LNG的长效释放作用, 有望用于长效避孕。胡银春等利用超临界CO2制备了PCL/水杨酸甲酯控释体系, 通过调节CO2的温度和压力, 可控制药物分子在PCL基质上的插嵌量、材料的缓释行为及多孔材料的微观相态, 进而可调节药物分子的缓释功能。

结语

随着人口老龄化及疑难疾病患者增加的问题越来越严重, 可生物降解材料在医药领域的应用将更加广泛, 需求量也将越来越大。目前, 生物降解材料的研究开发已被许多国家列为高新技术发展计划。当然, 可生物降解高分子材料不是万能的, 也无法解决一切医用材料的问题, 但是通过不同的合成方法及分子设计方法, 制备出具有生物功能的理想医用材料的前景是十分广阔的。

摘要：可生物降解高分子材料不但具有一般医用材料要求的理化性质、无毒及生物相容性等特点, 而且具有可降解性, 这些优点使其在医药领域占据的地位越来越重要。文中对可生物降解高分子材料在医药领域的应用现状做了简单的介绍。

关键词：生物降解高分子材料,医药领域,研究现状

参考文献

[1]Middleton J C, Tipton A J.Synthetic biodegradable polymers as medical devices[J].Med Plastics and Biomater, 1998, 5 (2) :30-39。

[2]沈其孝:《聚乳酸及其复合材料在骨组织工程中的应用》, 《生物骨科材料与临床研究》, 2011, 2 (8) :33-35。

[3]崔西栋、鲁飞、赵霞等:《可降解聚酯材料行鼓膜修补的实验研究》, 《临床耳鼻咽喉头颈外科杂志》, 2010, 16 (24) :755-756。

[4]周炳华、廖文波:《改性聚乳酸-羟基乙酸/Ⅰ型胶原复合支架与兔耳软骨细胞的细胞相容性》, 《中国组织工程研究与临床康复》, 2010, 14 (3) :381-384。

[5]廖立、尹广福、谢克难等:《β-偏磷酸钙/聚乳酸复合骨折内固定材料的细胞相容性》, 《复合材料学报》, 2009, 26:59-62。

[6]杨利剑、梅玉峰、徐海星:《雪旺细胞与PDLLA/CS/CHS自组装复合材料生物相容性研究》, 《华中科技大学学报》 (医学版) , 2011, 4 (40) :468-472.

[7]Aiping Zhu, Ning Fang, Mary B.Chan-Park, et al.Adhesion contact dynamics of3T3fibroblasts on poly (lactide-co-glycolide) surface:regulation by chitosan and gelatin surface immobilization[J].Biomaterials, 2006, 27 (12) :2566-2576.

[8]Shi X Q, Aimi K, Im H, eta l.Characterizationonmixed-crystal strucwre of poly (but y leneste rephthalate/succinatc/adipate) biodegradable copolymer fibers[J].Polymer, 2005, 46:751-760.

[9]刘华国、王迎军、宁成云等:《冷冻干燥/粒子沥滤复合法制备聚己内酯组织工程支架》, 《材料导报》, 2007, 2 (21) :125-127。

[10]Lendlein A, Langer R.Self-Closing Sutures[J].Science, 2002, 296:1673。

生物可降解聚氨酯材料 第8篇

1 生物可降解聚氨酯材料的分类及制备方法

1. 1 填充型生物可降解聚氨酯材料

填充型又叫掺混型,是指在普通的聚氨酯中加入可降解的物质或可促进降解的物质来制得可降解聚氨酯材料。根据填充物是否改性又可把填充型分为直接填充型和改性后填充型。

填充型生物可降解聚氨酯材料虽然不能彻底降解,但它可以随着添加的填料降解而破碎成细小的碎片,这些碎片对自然环境的影响要小于非生物降解性塑料。因此,此类材料还是具有一定的环保价值与意义,可以作为过渡类型的产品使用,同时这也是早期生物可降解高分子材料发展的主要方向。

1. 1. 1 植物原料直接填充型

将植物组分 ( 如微晶纤维素、木质素等) 经过加工后直接填充到聚氨酯材料中,不仅能使材料具有生物可降解性,同时还可以有效提高热力学性能[2,3]。

戈进杰等[4]将单宁填充到聚氨酯中制备了力学性能和降解性能良好的弹性体,且其强度和弹性模量随着单宁填充量的增加指数上升。坂井克己等[5]利用加工成80目的树皮颗粒合成了具有生物降解性的PU泡沫。泡沫的抗压强度、弹性和失重率均随着树皮用量的增加而增大。郭金全等[6]用玉米淀粉制成了具有高吸水性的生物可降解聚氨酯泡沫塑料,其原有力学性能并未下降。SONAL DESAI等[7]也利用淀粉成功的制备出一种聚氨酯弹性体,淀粉的加入能提高弹性体的拉伸强度和断裂伸长率,土埋实验表明此弹性体具有良好的生物降解性。

1. 1. 2 改性植物原料填充型

纤维素作为可再生资源是地球上储藏量最大的天然高分子,是制备生物可降解材料的良好原料[8]。其分子结构如图1所示。但纤维素因结构特性在生产中成型加工极为不利,常对其进行化学改性。Ivana Marova等[9]用不同浓度的羧甲基纤维素改性聚氨酯泡沫,并通过培养细菌考察其生物降解性。发现经过改性所得的泡沫具有生物降解性,且降解程度随羧甲基纤维素浓度的升高而增大。

淀粉是地球上产量第二的天然高分子材料,资源丰富且价格低廉,作为生物多元醇也可以用来合成聚氨酯。但淀粉在应用中存在着很多不足,限制了其在材料领域中的应用,也需对其改性。刘军等[10]在聚氨酯中分别添加木薯淀粉和用环氧丙烷改性后的木薯醚化淀粉制备了聚氨酯弹性体。发现填充适量木薯醚化淀粉对PU弹性体的拉伸强度和硬度影响较小,而断裂强度有显著提高,且其热老化性能优于未填充的弹性体。

1. 2 结构型生物可降解聚氨酯材料

结构型生物可降解聚氨酯泡沫塑料则是指分子链中含有可生物降解单元,能够在一定条件下彻底分解为小分子的聚氨酯泡沫塑料。植物原料作为单体的方式主要包括: 化学方法液化为多羟基化合物、溶解或熔融、常温下以液态形式参加反应。

结构型生物可降解聚氨酯材料的分子中含有能够被微生物分解的结构,从而可以被微生物消化吸收,实现完全降解,是目前聚氨酯材料的发展趋势,现在对其研究还处于起步阶段,值得进行进一步深入的研究。

1. 2. 1 植物原料经液化作为多元醇制备聚氨酯

固态的天然高分子原料虽富含羟基,但因结构限制,只有表面的少数分子能够参与反应,因此在研究中通常将其液化后作为多元醇使用。

戈进杰等[11]将麻纤维和芦苇纤维液化后作为原料,合成了密度为40 kg/m3左右力学性能良好的可生物降解硬质聚氨酯泡沫塑料,土壤掩埋实验结果表明,所制硬泡具有优异的土壤微生物降解性。Ge[12]等用阿拉伯树胶树皮 ( BK) 和玉米淀粉的液化产物也制备出性能优异的可生物降解的聚氨酯泡沫塑料。Yao等[13]将淀粉液化后制备了含水性和机械性能较好的聚氨酯吸水发泡材 料,吸水率可 达2000wt% 。戈进杰等 的研究表明[14]通过植物原料单宁与淀粉在由PEG400、甘油和浓硫酸组成的液化试剂中液化所得到的多元醇制备聚氨酯可提高其机械性能和热性能,当单宁用量占植物原料总量的60% 时,上述性能达到最优水平,研究发现单宁还可以在一定程度上调节聚氨酯的降解速度。王高升等[15]用玉米秸秆液化产物制备了软质聚氨酯泡沫,发现其具有良好的缓冲性能,可用于包装领域。

1. 2. 2 植物原料作为反应主体参与反应

Robert Alfani等[16]将40% 的可溶性淀粉与聚己内酯三元醇混合制备聚氨酯泡沫塑料。淀粉的加入可提高材料的模量,降低泡沫体的密度。周应才等[17]通过研究发现用木质纤维在PAPI和催化剂含量分别为37% 和3% ,温度为90℃的工艺条件下所制备的聚氨酯板成品率较高、质地良好。卫民[18]等利用木质素制备出了性能可达到工业及日常生活保温要求的硬质聚氨酯泡沫塑料,该泡沫塑料的吸水率为3% 。

1. 3 其他方法制备的生物可降解聚氨酯材料

除以上直接以天然生物高分子材料为原料制备生物可降解聚氨酯材料外,还有一些以人工合成高分子材料为原料的其他制备方法。如: 邹新伟等[19]用以CO2为起始物合成的聚碳酸亚乙酯二醇制备了具有良好力学性能和降解性能的聚氨酯材料。Mohammad K. Hassan等[20]以L - 赖氨酸和1,4 - 丁二醇为硬段,聚( ε - 已内酯) 二醇为软段合成了一种可生物降解的脂肪族热塑性聚氨酯。田存[21]等以用不同相对分子质量的聚乙二醇( PEG) 为引发剂制备了不同含量的PEG生物可降解聚氨酯。研究发现增加PEG含量会降低样品的力学性能,却提高其亲水性能,降解速度也加快。

这些方法能够制备完全生物可降解聚氨酯材料,但原料成本较高,难以应用到实际生产中。

2 生物降解的评价方法

生物可降解高分子材料的广泛应用在一定程度上缓解了对环境的污染压力,但早期产品的不成熟性,在实际应用中其弊端也不断显露。可降解材料的降解性开始受到人们的质疑,因此建立一套完整的测试验证体制非常必要。

经过三十多年的发展,许多国家和地区都相继提出和制定了一些实验评价方法和系列测试评价标准,如美国ASTM,国际上的ISO,德国的DIN等,但由于各方面的原因,这些评价方法和标准都存在一些缺陷,有待进一步的发展完善。目前常用的生物降解性能测试评价方法主要有以下几种[22,23,24,25,26]:

( 1) 土埋法,根据土埋地点的不同,又分为户外土埋法和室内土埋法两种,这种测试评价方法能反映试样在自然界中的真实降解情况,但实验时间往往需要数月乃至数年,实验周期过长,且实验结果重复性差,不适合用于降解机理研究。

( 2) 皮特里培养皿法。这种测试评价方法结果比较直观,且研究周期较短,但不能真实反应再自然界中的降解情况。

( 3) 酶分析法。这种测试评价方法研究周期短,只需数小时或数周时间,且重复性好,可定量研究,是开展降解机理研究的理想方法,但该方法受实验限制性较大,不能反映自然界中降解的实际情况。

( 4) 放射性同位素示踪法。这种测试评价方法实验结果可靠、明确,但难以得到有标记的试样结果,且需要特殊的设备在特殊的要求下进行,研究成本较高。

3 结语与展望

目前,聚氨酯材料被广泛应用于国民经济生产和日常生活中,其废弃物对环境的污染影响日益突出,通过研制生物可降解的聚氨酯材料是目前防治该类污染的有效方法。综合近几年的研究情况发现生物可降解聚氨酯材料应用前景广阔,但也存在一些问题需要进一步研究解决:

( 1) 生产成本问题。生物可降解聚氨酯材料成本普遍偏高,且其性能比普通的聚氨酯材料要差,不易推广应用。

( 2) 降解速度问题。目前生物可降解聚氨酯材料的降解时间通常长达数年之久,降解速度有待进一步提高。