可降解高分子材料.doc

可降解高分子材料1可生物降解高分子材料的定义可生物降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。2生物降解高分子材料降解机理生物降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物(有机酸、酯等)；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。降解除有以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀聚合物后，由于细胞的增大，致使高分子材料发生机械性破坏。因此，生物降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物降解的机理尚未完全阐述清楚：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。人们深入研究了不同的生物可降解高分子材料的生物降解性，发现与其结构有很大关系，包括化学结构、物理结构、表面结构等。高分子材料的化学结构直接影响着生物可降解能力的强弱，一般情况下：脂肪族酯键、肽键>氨基甲酸酯>脂肪族醚键>亚甲基。当同种材料固态结构不同时，不同聚集态的降解速度有如下顺序：橡胶态>玻璃态>结晶态。一般极性大的高分子材料才能与酶相粘附并很好地亲和，微生物粘附表面的方式受塑料表面张力、表面结构、多孑L性、环境的搅动程度以及可侵占表面的影响。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、pH值、微生物等外部环境有关。3可生物降解高分子材料的种类按照原料组成和制造工艺不同可分为以下三种：天然高分子及其改性产物、微生物合成高分子和化学合成高分子。3．1天然高分子及其改性产物天然高分子包括淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等，虽然具有完全生物降解性，但是其热学、力学性能差，成型加工困难，不能满足工程材料的性能要求，因此需通过改性，得到有使用价值的可生物降解材料。日本四国工业试验所开发了以乙酰多糖和纤维素为主要成分的高分子材料，试制的生物降解薄膜、无纺布、发泡塑料等已接近实用化。Mater—Bi是由意大利Novamont公司开发的树脂，具有互穿网络结构，是一种生物降解性很好的材料，其显著特点是氧的阻隔性能好，已应用于包装行业。蛋白质的降解主要是肽键的水解反应所引起的。美国C1emson大学正在研究从玉米、麦子、大豆等植物中提取蛋白质。可溶性蛋白质在一定温度(如140~C)下可交联，人们用其与纤维素一起制造生物降解复合材料：纤维蛋白单体在凝血酶作用下聚合成立体网状结构的纤维蛋白凝胶，纤维蛋白凝胶来源于自身血液，可避免免疫原性问题，是一种较为理想的细胞外基质材料。3．2微生物合成高分子微生物合成高分子是由微生物发酵法制成的一类材料，主要包括聚酯和多糖，如：真氧产碱杆菌可以利用果糖、木糖、延胡索酸、衣糠酸、丙酸、乳酸作为碳源生产PHB(聚一3一羧基丁酸酯)。具有代表性的是聚B一羟基烷酸(PHAs)系列聚酯。如英国IC公司首先以丙酸、葡萄糖为碳源食物，通过发酵法成功地开发出有实用价值的生物降解性3一羟基丁酸一3一羟基戊酸共聚物，商品名为Biopol。Biopol的机械性能(从硬质到软质)、耐热性、耐水性、耐油性、耐药性和气体屏障性均优良，熔点为130～160~C，拉伸强度为18～30MPa。Biopol在好气和厌气条件下均显示出良好的生物降解性，最后分解为二氧化碳和水而消失，但在空气和净水中不会降解。3．3化学合成高分子可以用化学合成法生产的有生物降解性高分子包括聚乳酸(PLA)、聚8一己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)等。美国UnionCarbide公司以PCL为原料开发了商品名为Tone的产品；日本昭和高分子公司也开发了类似产品Bionol1e，已用来生产包装瓶、薄膜等：聚乙烯醇为研究得最多的可生物降解的高聚物。美国AirProduct&Chemical公司开发了Vinex品牌，它是以聚合度较低的聚乙烯醇为基础的树脂同时具有水溶性、热塑加工性和生物降解性，可制得适用于包装食品的薄膜、农用水溶性薄膜、容器及一次性消费用品等。近年来世界上研究开发最活跃的可降解高分子材料是聚乳酸PLA类材料的一个突出特点是能用多种方式加工，如挤出、纺丝、双轴拉伸等，加工过程中分子的定向不仅会大大增加力学强度，同时使降解速度变慢。目前国际市场上出售的PLA树脂仅有5种：大日本油墨与化学公司的产品CPLA；三井化学公司的产品LACEA；日本岛津制作所的产品LACTY：CargillDo