高分子材料论文

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浅谈高分子材料的现状和发展

浅谈高分子材料的现状和发展

浅谈高分子材料的现状和发展摘要:本文就高分子材料的现状与发展进行了探讨。

高分子材料作为一类重要的工程材料,在各个领域具有广泛的应用前景。

本文分析了高分子材料在可持续发展、先进制造技术、生物医学等方面的最新进展,并强调了在材料性能、可降解性、可重复利用性等方面的创新需求。

主论点在于,高分子材料的发展方向应紧密围绕环保、高性能和多功能性,以满足不断变化的社会需求。

关键词:高分子材料,可持续发展,创新,环保,多功能性。

引言高分子材料,作为当今工程领域的关键探索方向,扮演着塑造未来的角色。

其在可持续性、先进制造和医学领域的前沿应用,正引领着科技与社会的互动。

然而,随着全球环境问题的日益突显,我们迫切需要将高分子材料的发展与环保紧密结合,以寻求更为可持续和创新的解决方案。

本文将深入探讨这一发展脉络,剖析其现状,并探讨其未来的多样化可能性,从而揭示高分子材料科学的无限魅力。

一、高分子材料在可持续发展中的挑战与机遇高分子材料的广泛应用为人类社会带来了繁荣,但也引发了环境和资源问题。

本文旨在深入探讨高分子材料在可持续发展中所面临的挑战和机遇,以期为构建更可持续的社会提供思路和建议。

高分子材料的大规模生产和使用导致塑料垃圾堆积、污染等环境问题。

例如,塑料微粒的存在对水生生物造成威胁,长期积累可引发生态危机。

另外,高分子材料生产过程消耗大量石化资源,导致能源浪费和二氧化碳排放,加剧全球暖化。

高分子材料的可降解性是可持续发展的重要方向,但可降解材料在性能上往往存在局限。

如何在保持高分子材料功能性的同时实现可降解性,成为技术研究和工程设计的难题。

例如,生物降解塑料需要在稳定性和可控性之间取得平衡,以确保在使用寿命内具备所需的性能。

高分子材料的可降解性为环境问题提供了解决思路。

开发生物基可降解材料、可降解包装等,有望减少塑料垃圾的产生和环境影响。

此外,高分子材料的循环利用也是可持续发展的重要途径。

推动塑料的再生利用、回收技术的创新,能有效减少资源消耗和环境压力。

高分子材料论文综述

高分子材料论文综述
• 1931年,罗姆-哈斯公司建厂生产聚甲基丙烯酸 甲酯,首先在飞机工业得到应用,取 代了赛璐珞 塑料,用作飞机座舱罩和挡风玻璃。 • 1937年甲基酸脂工业制造开发成功,由此进入规 模性制造。二战期间因压克力具有优异的强韧性 及透光性,首先,被应用于飞机的挡风玻璃,坦 克 司机驾驶室的视野镜。 • 1948年世界第一只压克力浴缸的诞生,意味着压 克力的应用进入了新的里程碑。 • 进入六十年代,压克力广泛应用民用产品的各个 领域
四、PMMA的性能
(2)表面硬度不足,易被硬物擦伤、擦毛而失 去光泽。 (3)弯曲强度和压缩强度在Tg下受温度影响较 小;而拉伸强度和冲击强度对温度较敏感。 (4)可通过与极性组分共聚,加入交联剂使其 形成网状结构,经拉伸形成丁香结构等手段来提 高其力学性能。
四、PMMA的性能
3、热性能 (1)属于易燃材料,点燃离火后不能自熄,火焰 呈浅蓝色,下端为白色。燃烧时伴有腐烂水果、 蔬菜的气味。 (2)PMMA可在-60~65℃范围内长期使用,短 时使用温度不宜超过105℃。 (3)比热容比大多数热塑性塑料低,有利于它快 速受热塑化。
高分子材料论文
——有机玻璃---PMMA
一、有机玻璃的概念
有机玻璃: PMMA是以丙烯酸及其酯类聚合 所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯,相应 的塑料 统称聚丙烯酸类塑料, 其中以聚甲基丙烯酯甲酯 应用最广泛。 聚甲基丙烯酸甲酯缩写 代号为 PMMA,俗称有机玻璃。
二、有机玻璃的诞生和发展
• • • •
特点: 表面光滑、色彩艳丽,比重小,强度较大, 耐腐蚀,耐湿,耐晒,绝缘性能好, 隔声性好。 形状: 可分管形材、棒形材、板形材三种。 1、光学性能 PMMA最大的特点是具有优异的光学性能,这 也是其俗称“有机玻璃”的由来。PMMA 折射率 1.49 ,透光率92%。无机硅酸盐玻璃, 折射率 1.5左右,透光率80%。

高分子材料毕业论文

高分子材料毕业论文

高分子材料毕业论文高分子材料是指以高分子化合物为基体组分的材料,我国的高分子材料成型技术在工业上取得了飞速的发展。

下文是店铺为大家整理的关于高分子材料毕业论文的范文,欢迎大家阅读参考!高分子材料毕业论文篇1浅析高分子材料老化性能摘要:高分子材料性能优异,应用领域广泛,在户外工程中市场占有率很高。

但由于使用过程中高分子材料受光、湿度和温度等环境因素作用,导致力学性能和外观发生变化。

为改善高分子材料的抗老化性能,必须充分认识其老化机理和老化进程,进而有目的地进行防老化改性。

关键词:高分子材料;降解;老化;进展高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由于内外因素的综合影响,逐步发生物理化学性质变化,物理机械性能变坏,以致最后丧失使用价值,这一过程称为“老化”。

老化现象有如下几种:外观变化,材料发粘、变硬、变形、变色等;物理性质变化,溶解、溶胀和流变性能改变;机械性能变化和电性能变化等。

引起高分子材料老化的内在因素有:材料本身化学结构、聚集态结构及配方条件等;外在因素有:物理因素,包括热、光、高能辐射和机械应力等;化学因素,包括氧、臭氧、水、酸、碱等的作用;生物因素,如微生物、昆虫的作用。

老化往往是内外因素综合作用的极为复杂的过程。

高分子材料的老化缩短了制品的使用寿命,并影响制品使用的经济性和环保性,限制了制品的应用范围。

因此,研究引发高分子材料老化的原因及其微观机理具有非常重要的意义。

近年来,高分子老化研究主要集中在探讨高分子材料老化的规律、机理,以及环境因素对材料老化的影响等方面,这些工作对于发展新的实验技术和测试方法,改善材料的生产技术、研制特种材料、逐步达到按指定性能设计新材料等具有重大的指导作用。

1 户外因素对高分子材料老化行为的影响为的影响高分子材料在户外曝露于太阳光和含氧大气中,分子链发生种种物理和化学变化,导致链断裂或交联,且伴随着生成含氧基团如酮、羧酸、过氧化物和醇,导致材料韧性和强度急剧下降。

高分子材料论文

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2常用高分子药物载体
天然高分子材料稳定、无毒、成膜性较好,是较常用的药物载体材料。其中主要包括胶原阿拉伯树胶、海藻酸盐、蛋白类、淀粉衍生物。近年来研究较多
的是壳聚糖、海藻酸盐,而源于蚕丝的丝素蛋白则显示出巨大的潜力[3]。半合成高分子包括羧甲基纤维素、邻苯二甲酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙甲纤维素、丁酸醋酸纤维素、琥珀酸醋酸纤维素等,其特点是毒性小、粘度大、成盐后溶解度增大,由于易水解,故不宜高温处理,需临时现用配。
2.7高分子纳米粒子药物载体
纳米粒子由于具有超细小体积,能穿过组织间隙并被细胞吸收,可以通过人体最小的毛细血管,还可以通过血脑屏障。纳米粒子由于具有超细小体积,能穿过组织间隙并被细胞吸收,可以通过人体最小的毛细血管,还可以通过血脑屏障。盛洁等人[17]用化学偶联法将抗人膀胱癌单克隆抗体分子偶联到阿霉素
1合成高分子药物载体的基本原则
1.1高分子载体的选择
可充当高分子载体的化合物必须具备无毒、水溶、无药理活性、无免疫原性、在体内可以代谢、排泄或分解成可吸收物质等性质。高分子载体在体内最终能否代谢排出体外是其能否实用的关键。一般认为,聚合物的平均分子量分布窄些为好,因为大分子不易通过肾排出体外。
1.2药物与高分子载体的连接
HPMA作为一个多功能性的聚合物载体在临床医学上得到了广泛的研究,如将阿霉素载于HPMA共聚物完全改变了阿霉素的药代动力学,载于高分子上的阿霉素的水溶性比自由阿霉素增加了近十倍,血浆中药含量的半衰期有明显的延长,毒性也大大降低。动物实验表明,P(HPMA-Gly-Phe-Leu-GIy-ADR)具有广谱抗肿瘤活性,实验肿瘤动物的存活时间为60-120d,比单纯ADR给药延长了许多[5]。Zarabi[6]将HPMA与阿霉素连接并通过稀土金属钆的螯合作用整合支链,得到的产物具有很高的稳定性和很好的释放效果,而且原药毒性大大降低,该研究在HPMA药物传输系统中的磁性粒子追踪成像技术开创了美好的应用前景。另外,HPMA在水溶液中可以与药物聚合形成相对高分子质量的超分子结构,如聚合胶

高分子材料发展情况及趋势论文

高分子材料发展情况及趋势论文

高分子材料发展情况及趋势论文第一篇:高分子材料发展情况及趋势论文有机高分子材料发展情况及趋势摘要:高分子材料与金属材料、无机非金属材料成为科学技术、经济建设中的重要材料。

而高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。

其中,被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。

合成高分子材料按使用性质划分,有塑料、橡胶、纤维、涂料等,按用途划分有结构型和功能型,同一用途不同层次则有通用型和高性能型之分,功能型细分则有光、电、磁功能和生物相容功能等。

高分子材料要继续发展,必须走与环境相协调的道路, 提高高新技术含量,开辟新型材料产业。

关键词:高分子材料研究概述进展医用高分子材料的发展导电塑料高分子碳纤维正文:一、有机高分子材料概述有机高分子材料是指区别于通用的、具有高性能或特殊功能等特点的有机高分子材料,表现为性能优异,价格高,产量低。

其特点覆盖面广、产品种类多;投资与技术高度密集,技术含量高;高风险、高收益。

按使用性质划分,有塑料、橡胶、合成纤维、专用及精细化学品等;按用途划分有结构型和功能型;按功能型细分则有光、电、磁功能和生物相容功能;以生物质为原料生产的高分子材料也被划入了新型有机高分子材料。

新型有机高分子材料应用广泛,工程塑料、复合材料、功能高分子材料、有机硅及氟系材料、液晶材料、特种橡胶、高性能密封材料等新型高分子材料被广泛应用于电子电器、交通运输、机械、建筑、生物、医疗及农业生产资料等领域。

二、有机高分子材料国内现状国内有机高分子材料的研究不断取得新的进展:国家重点科技攻关项目“聚醚砜、聚醚醚酮、双马型聚酰亚胺等类树脂专用材料及其加工技术”,通过了国家有关部门的验收;一种用于家电产品的新型紫外光固化涂料——JD-1紫外光固化树脂已开发成功;超高分子量聚丙烯酰胺合成技术在大庆油田化工总厂研制成功;“PTC智能恒温电缆”、“多功能超强吸水保水剂”、“粉煤灰高效活化剂”等等,都是我国在高分子材料领域取得的不俗成果。

高分子材料与工程专业导论课程论文【最新版】

高分子材料与工程专业导论课程论文【最新版】

高分子材料与工程专业导论课程论文1.高分子的定义高分子又称作聚合物,由小分子相互反应而形成,高分子与低分子的区别在于前者分子量很高。

通俗地说,高分子是一种许许多多原子由共价键连接而组成的相对分子质量很大的化合物。

更精确的描述是,高分子是指其分子主链上的原子都直接以共价键连接,且链上的成键原子都共享成键电子的化合物,这样组成的高分子链的键的类型,除了共价键外,还可以包括某些配位键和缺电子键,而金属键和离子键是被排除在外的。

我对高分子的分类总结如下:其中合成高分子,又可分为橡胶、纤维和塑料三大类,常称为三大合成材料,合成橡胶的主要品种有丁苯橡胶、顺丁橡胶和异戊橡胶等。

合成纤维的主要品种有涤纶、腈纶、锦纶、维纶和丙纶。

塑料还可分为热塑性塑料和热固性塑料,前者为线性聚合物,受热可熔融流动,可多次重复加工成型,主要品种有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯;后者是网状聚合物,通常由线性聚合物或低聚物经交联得到,以后不能加热融化重复成型,主要品种有酚醛树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。

此外,聚合物还可作为涂料和粘合剂来使用,而且使用越来越广泛,也有人将他们单独列为两类,所以聚合物按应用分类,也应包括上述五大合成材料。

最近,着眼于聚合物所具有的特定的物理、化学、生物功能的功能高分子,也已成为新的重要一类。

天然高分子,也有有机高分子和无机高分子之分。

天然高分子,如人们所熟悉的石棉、石墨、金刚石、云母等,天然有机高分子,都是在生物体内制造出来的,储存能量的肝糖、淀粉,生物体外分泌物如蚕丝、蛛丝、植物的橡胶,还有储存遗传信息的核酸。

2.高分子材料科学的发展简史(以塑料的发展为例)从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起,塑料工业迄今已有120年的历史。

其发展历史可分为三个阶段。

1.天然高分子加工阶段这个时期以天然高分子,主要是纤维素的改性和加工为特征。

1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质,热压下可成型为塑料制品,命名为赛璐珞。

高分子合成材料范文

高分子合成材料范文

高分子合成材料范文高分子合成材料是一种由化学合成而成的大分子化合物,通常具有高分子量、高强度和高导电性等特点。

高分子合成材料广泛应用于各个领域,如塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂等。

在本篇文章中,将会探讨高分子合成材料的特点、分类以及应用领域。

1.高分子量:高分子合成材料的分子量通常在10^4-10^6之间,因此具有较高的物理强度和化学稳定性。

2.可塑性:高分子合成材料具有较好的塑性,可以通过热加工、注塑等方法加工成不同形状的制品。

3.耐磨性:高分子合成材料通常具有较好的耐磨性能,可以用于制造耐磨部件,如轮胎、刷子等。

4.耐化学性:高分子合成材料通常具有较好的耐化学性,不易受到化学药品的侵蚀。

1.聚合物:聚合物是一种由同种或不同种化学单体通过聚合反应合成的高分子化合物,可以进一步分为塑料和橡胶。

塑料是一种具有可塑性的高分子合成材料,可以根据聚合单体的不同特性,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等分类。

橡胶是一种具有高弹性的高分子合成材料,可以根据其硬度和化学结构的不同,如天然橡胶、丁苯橡胶等。

2.高分子复合材料:高分子复合材料由高分子基质和增强材料组成,可以提高材料的力学性能。

常见的高分子复合材料包括聚合物基复合材料、纳米复合材料和纤维增强复合材料等。

3.高分子溶液:高分子溶液是指高分子化合物在溶剂中形成的溶液。

通过调整高分子溶液的浓度、溶剂的种类和温度等条件,可以使其具有不同的性质和应用前景。

1.医疗领域:高分子合成材料被广泛用于医疗器械的制造,如医用塑料制品、人工骨骼和人工器官等。

此外,高分子合成材料还被用于制造药物缓释系统和生物医学材料。

2.电子领域:高分子合成材料被广泛应用于电子器件的制造,如电子电缆、绝缘材料和电子芯片等。

3.环保领域:高分子合成材料被广泛应用于环保材料的研发和生产,如可降解塑料和水处理材料等。

4.能源领域:高分子合成材料被应用于太阳能电池板、燃料电池和锂离子电池等能源领域。

总之,高分子合成材料具有高分子量、可塑性、耐磨性和耐化学性等特点,广泛应用于医疗、电子、环保和能源等领域。

高分子材料论文总结

高分子材料论文总结

高分子材料论文总结近年来,许多学者对高分子材料进行了深入研究,并取得了一系列重要的研究成果。

本篇论文将对其中几篇具有代表性的高分子材料论文进行总结。

首先,研究团队在《高分子材料的自组装性质研究》一文中探讨了高分子材料的自组装性质。

他们制备了一种新型的高分子材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了其自组装结构。

结果表明,该高分子材料能够形成具有有序排列的自组装结构,从而展现出良好的物理性能。

该研究为进一步研发高性能高分子材料提供了理论基础和实验依据。

其次,在《聚合物交联网络的合成与性能研究》一文中,研究人员通过控制交联剂的添加量和反应时间,成功合成了一种具有优异性能的聚合物交联网络。

他们通过拉伸实验和热分析,研究了该聚合物交联网络的力学性能和热性能。

结果表明,该聚合物交联网络具有较高的机械强度和优异的热稳定性。

这为应用于高温环境的材料开发提供了新思路。

再次,在《功能性高分子材料的合成及应用研究》这篇论文中,研究人员通过改变单体的结构和反应条件,合成了一系列功能性高分子材料。

他们通过红外光谱和核磁共振等测试手段,确认了所合成材料的化学结构。

同时,他们还对这些材料进行了抗氧化性能和光电性能的测试,并研究了其应用于电子器件中的潜在用途。

研究结果表明,这些功能性高分子材料具有较好的性能和广阔的应用前景。

综上所述,近年来高分子材料的研究取得了不俗的成果。

上述论文从不同角度对高分子材料的性能、合成及应用进行了深入研究,并取得了一系列重要的研究成果。

这些研究为高分子材料的进一步应用开发和科学研究提供了重要的理论基础和实验依据。

相信未来,随着高分子材料研究的不断深入,高分子材料将在新材料领域中发挥更为重要的作用。

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高分子材料论文课题名称:高分子材料导论学院:班级:姓名:学号:高分子材料回收利用与发展可降解材料现代文明以经济腾飞和生活水平的提高为主要标志。

随着经济发展,大规模的物质循环不可避免地引起各种问题,如资源短缺、环境恶化已为全球所关注。

科学家预言地球能源(煤、石油、天然气等)不久将消耗完,会发生严重的能源危机;现代工业以及消费业的发展已给大自然带来严重的影响,大气、海洋等受污染,温室效应发生和臭氧层的破坏等等。

所有这些已严重影响着自然界的生态平衡,最终必然会阻碍世界经济的高速发展。

材料的制造、加工、应用等均与环境和资源有直接的关系。

高分子材料自从上世纪初问世以来,因重量轻、加工方便、产品美观实用等特点,颇受人们欢迎,其应用越来越广,从而使用过的高分子材料日益增加。

据统计,2011年,我国塑料制品的产量达5474万吨,同比增长22%。

其中,塑料薄膜的产量为844万吨,占总产量的15%;日用塑料制品的产量为458万吨,占总产量的8%;塑料人造革、合成革的产量为240万吨,占总产量的4%。

如何处理这些废料已成为非常重要的课题。

处理废旧高分子材料比较科学的方法是再循环利用。

循环是废旧高分子材抖利用的有利途径,不仅使环境污染得到妥善的解决,而且资源得到最有效的节省和利用。

从资源利用的角度,对废旧高分子材料的利用首先应考虑材料的循环,然后考虑化学循环及能量回收。

回收:我国塑料回收面临的困难是数量大、分布广、品种多、体积大,许多废塑料与其它城市垃圾混在一起。

处理废塑料的主要方法是:填埋和简单焚烧,但可供填埋场地不断减少,填埋费用急剧上升以及简单焚烧带来的二次污染等问题也给我们敲响了警钟。

国外在废塑料回收方面已积累了不少经验,他们把废塑料的回收作为一项系统工程,政府、企业、居民共同参与。

德国于1993年开始实施包装容器回收再利用,1997年回收再利用废塑料达到60万t,是当年消费量(80万t)的75%。

目前,德国在全国设立300多个包装容器回收、分类网点,各网点统一将塑料制品分为瓶、薄膜、杯、PS发泡制品及其他制品,并有统一颜色标志[2]。

利用:主要有再生利用、热能利用以及分解产物的利用(包括热分解和化学分解)。

1、再生利用:再生利用分简单再生和改性再生两类。

简单再生,指废塑料经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工,一般只能制成档次较低的产品。

改性再生,指通过化学或机械方法对废塑料进行改性。

改性后的再生制品力学性能得到改善,可以做档次较高的制品。

在化学添加剂方面,汽巴-嘉基公司生产出一种含抗氧剂、共稳定剂和其他活性、非活性添加剂的混合助剂,可使回收材料性能基本恢复到原有水平;荷兰有人开发了一种新型化学增容剂,能将包含不同聚合物的回收塑料键合在一起。

美国报道采用固体剪切粉碎工艺(Solid State Shear Pulverization, S3P)进行机械加工,无须加热和熔融便可将树脂进行分子水平剪切,形成互容的共混物。

共混物大部分由HDPE和LLDPE组成,极限拉伸强度和挠曲模量可与HDPE和LLDPE纯料相媲美[5]。

2、焚烧回收热能:对于难以进行清洗分选回收的混杂废塑料,可以在专门的焚烧炉中焚烧以回收热能。

木材的燃烧热为14.65 GJ/kg,聚乙烯为46.63 GJ/kg,聚丙烯为43.95 GJ/kg,聚氯乙烯为18.08 GJ/kg,ABS为35.26 GJ/kg,均高于木材,若能将这部分热能加以回收是很有意义的。

废塑料热能回收可最大限度减少对自然环境的污染,不需要繁杂的预处理,也不需与生活垃圾分离,焚烧后废塑料的质量和体积可分别减少80%和90%以上,燃烧后的渣滓密度较大,再掩埋处理也很方便。

因此,这种集环保、发电于一体的工业技术,正在使废塑料成为一种资源,在国际上已成为新的投资热点。

有些废塑料燃烧会产生HCl等二次污染气体,专用焚烧炉一次性投资较大。

不过,随着燃烧技术的不断发展和完善,利用废塑料回收热能的前景还是十分广阔的。

3、热裂解技术:目前用废塑料制取化工原料技术主要是针对聚苯乙烯的回收。

日本制钢所以挤出机为裂解装置,得到的聚苯乙烯分解产物中苯乙烯质量分数达到了78.6%。

BP公司计划建设一套2.5万/a的装置,将来自生活和工业的废塑料净化、碾碎、加热后,处理成为一种清洁的液态烃[8]。

为了处理含聚氯乙烯类废塑料,德国Veba公司开发了以减压渣油、褐煤、废塑料的混合物为原料,褐煤为催化剂的4万t/a废塑料油化装置,能处理含10% 聚氯乙烯的废塑料。

但Veba法需在氢气存在条件下加压进行,投资与操作费用很高。

日本理化研究所开发的Kurata法采用Ni、Cu、Al等5种金属为催化剂,生成油主要是煤油。

HCl的中和装置设计在流程后面,当聚氯乙烯含量占20% 时,HCl脱除率仍可达99.91%,生成油中氯含量小于100μg/g。

日本久保田公司采用脱氯技术可从废塑料中几乎完全除去氯乙烯,脱氯后的废塑料作为高炉喷吹原料。

4.化学分解:这项技术适用于单一品种并经严格预处理的废塑料。

尽管多种塑料都可用化学法分解,但目前主要用于处理聚氨酯、热塑性聚酯和聚酰胺等极性类废塑料。

例如利用聚氨酯泡沫塑料水解法制聚酯和二胺,聚氨酯软、硬制品醇解法制多元醇,废旧PET解聚制粗对苯二甲酸和乙二醇等。

高分子材料资源化虽然是解决高分子材料的成效之一,但是实际上也有许多问题,例如再生料不如原生材料;循环过程代价高昂等。

另外,生产合成高分子材料的原料——石油也总有用尽的一天,因而,寻找新的环境友好型材料,发展非石油基聚合物迫在眉睫,而可生物降解材料正是解决这方面问题的有效途径。

生物降解材料,亦称为“绿色生态材料”,指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。

具体地讲,就是指在一定条件下,能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下,导致生物降解的高分子材料。

理想的可生物降解材料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终转化成CO2 和H2O而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。

生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用,因而,生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。

首先,微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合,通过水解切断表面的高分子链,生成小分子量的化合物,然后降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种代谢路线,合成微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终转化成CO2 和H2O[4]。

按其降解的化学本质则分为水解和酶解两种。

水解机理材料的降解实质上是其内部的高分子链段在特定条件下断裂成低分子量的寡聚物,并最终分解为单体的过程。

材料的“溶蚀”则是指由于分子链发生断裂,形成的水溶性小分子物质离开聚合物材料,导致材料的力学性能降低,材料最终完全消失的过程,溶蚀又可表面溶蚀和整体溶蚀。

如果分子链段的降解速度比水分子在材料中的扩散速度快,链段的水解限制在材料表面,而很难进入到材料的内部,这种方式属于表面溶蚀或异相溶蚀,如果水分子在材料的扩散速度比高分子链段的水解速度快,那么材料表面和内部的降解同时进行,因此属于整体溶蚀。

酶促水解机理对于易水解的聚合物,在体内可能同时存在单纯的水解和酶催化水解两种作用。

脂肪酶能促进聚酯分解,而水解酶可促进易水解聚合物的降解。

脂肪酶R.delemer lipase、Rhizopus arrhizus lipase、Pseudomnas lipase为PCL的特异性降解酶,在这些酶存在下,PCL降解速度加快,在通常情况下完全降解需要2-3年,而在酶的存在下完全降解时间缩短为几天。

酶促氧化机理对一些非水解性聚合物,其可能的降解机理是酶促氧化机理。

免疫组织学研究证实,材料在体内最后通过吞噬细胞内吞作用而被吸收代谢的。

高分子生物材料植入体内后,在局部会引起不同程度的急性炎症反应,当组织受到损伤后,周围血管的通透性发生变化,多喝白细胞迅速向炎症部位移动,被激活的中性粒细胞能使单核细胞分化为巨噬细胞。

多形核白细胞和巨噬细胞的代谢产生出大量的过氧阴离子(O2),这种不稳定的中间体进而转换为更强的氧化剂(H2O2)。

体内的还原型辅酶2(NADPH)氧化酶都参与了这个转化反应,而过氧化歧化酶(SOD)则起到加速转化的作用。

H2O2有可能在植入部位引发聚合物自身分解反应;同时H2O2在肌过氧化酶(MPO)的作用下可进一步转化为次氯酸。

次氯酸也是一种生物材料的强氧化剂,可氧化聚酰胺、聚脲、聚氨酯中的氨基,使高分子链断开,从而达到降解的作用。

在生物可降解材料中,对降解起主要作用的是细菌、霉菌、真菌和放线菌等微生物,按其降解作用的形式又可分为3种[5]:(1)生物的物理作用,由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏;(2)生物的生化作用,微生物对材料作用而产生新的物质;(3)酶的直接作用,微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解或氧化崩溃。

可生物降解材料的特点生物降解材料具有以下特点:(1)可与垃圾一起处理,也可制成堆肥回归大自然;(2)因降解而使其体积减小,延长填埋场使用寿命;(3)不存在普通塑料需要焚烧的问题,可抑制二嗯英等有害气体的排放;(4)可减少随意丢弃对野生动植物的危害;(5)储存运输方便,只要保持干燥,不需避光;(6)应用范围广,不但可以应用于农业和包装行业,还可以广泛应用于医疗行业。

可生物降解材料的分类生物可降解材料按降解机理和破坏方式可分为[6]完全生物降解型和生物破坏性材料两种。

完全生物降解材料完全生物降解材料是指本身可以被细菌、真菌、放线菌等微生物全部分解的生物降解材料。

它能在细菌或其水解酶作用下,最终分解成CO2 和水等物质回归自然,所以被称为“绿色材料”。

从制备方法上可分为3 种:微生物发酵法、化学合成和天然高分子共混。

微生物发酵法微生物发酵法是指以有机物为碳源,通过微生物的发酵而得到的生物降解材料。

主要以聚羟基脂肪酸酯类较多,聚烃基脂肪酸脂(PHA) 是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯,具有生物可降解性、生物相容性等许多优良性能,在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面将发挥其重要的作用。

美国宝洁公司已经开发成功了作为缝合线、无纺布和各种包装用材料的PHA系列产品及其多种应用。

目前,PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征,开发在医疗、制药、电子等高附加值领域的用途。

PHB是一种硬而脆的热塑性聚合物,其常温下的力学性能与PP相当,导致PHB这种力学性能的主要原因应为结晶度和结晶形态。

化学合成法化学合成高分子型降解材料是指利用化学方法合成制造的生物降解材料,大多是在分子结构中引入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯,目前具有代表性的工业化产品有聚己内酯(PCL) 、聚琥珀酸丁二脂(PBS) 、聚乳酸(PLA) 、脂肪族聚酯/ 芳香族聚酯共聚物(CPE) 等。

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