可生物降解聚乳酸_纳米纤维素复合材料的亲水性和降解性_崔晓霞
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可生物降解聚乳酸纳米复合材料的研究进展摘要聚乳酸具有良好的机械性能、热塑性、生物相容性和生物降解性等, 广泛应用于可控释材料、生物医用材料、组织工程材料、合成纤维等领域。
将填充剂以纳米尺度分散在聚乳酸基体中形成聚乳酸纳米复合材料, 能显著提高聚乳酸的机械性、气体阻隔性能、热性能及生物降解性能, 受到国内外学者及工业界的广泛关注。
本文针对近年来在聚乳酸纳米复合材料的制备方法、结构表征与性能测试等方面取得的研究成果进行综述, 并对今后的研究方向进行了展望。
关键词聚乳酸; 可生物降解; 纳米复合材料; 蒙脱石; 聚多糖1 引言近年来, 由于大量聚烯烃等来源于石油产品的聚合物被广泛应用于包装材料领域, 它们被使用后很难回收而直接被弃入环境中, 造成很严重的环境污染问题。
现行处理此类固体污染物的方法通常是填埋或焚烧处理, 但是焚烧处理过程中易产生有害气体二次污染环境, 埋处理又会占用大量有限的土地资源, 传统聚烯烃塑料制品化学、生物稳定性强, 填埋后上百年也几乎不会分解, 造成土壤板结、作物减产、填埋地寿命变短等新的环境压力。
以可生物降解的聚合物替代传统石油基聚合物是解决上述环境污染问题的有效途径,聚乳酸被认为是最具开发应用价值的可生物降解聚合物, 它是由乳酸直接缩合或乳酸二聚体丙交酯开环聚合而形成的高分子, 而乳酸主要来源于自然界十分丰富的可再生植物资源如玉米淀粉、甜菜糖等的发酵, 聚乳酸在自然环境中可被水解或微生物降解为无公害的最终产物CO2 和H2O,对其进行堆肥或焚烧处理也不会带来新的环境污染[ 1]。
根据纳米填充剂的种类不同, 可以将其分为聚乳酸2无机纳米复合材料和聚乳酸2有机纳米复合材料两类, 本文针对近年来国内外在两类聚乳酸纳米复合材料的制备方法、结构表征与性能测试等方面取得的研究成果进行综述。
2 聚乳酸2无机纳米复合材料近年来, 将无机增强剂(包括蒙脱石、合成云母、碳纳米管、羟基磷灰石、二氧化硅和碳酸钙等)以纳米尺度分散在聚乳酸基体中形成聚乳酸2无机纳米复合材料, 能显著提高聚乳酸的机械性、气体阻隔性能、热性能及生物降解性能, 受到国内外学者及工业界的广泛关注[ 2]。
聚乳酸-纳米纤维素复合薄膜的制备及应用研究进展
聚乳酸-纳米纤维素复合薄膜的制备及应用研究进展张萌;冀嘉钰;樊丽;刘鹏涛【摘要】聚乳酸(PLA)是一种绿色高分子材料,原料来源充足、无污染且可被生物降解.同时,PLA还具有良好的机械性能和物理性能,易被加工制作成膜.纳米纤维素(NC)也是一种天然的可再生资源,来源广泛、机械强度好且刚度高.将NC加入到PLA中制备复合薄膜可大幅提高复合薄膜的机械性能;但两者的界面相容性差,从而影响PLA-NC复合薄膜的机械性能.根据近几年国内外的研究文献,本文综述了PLA-NC复合薄膜的制备工艺、界面相容性的改善方法及其应用.【期刊名称】《中国造纸学报》【年(卷),期】2019(034)003【总页数】6页(P71-76)【关键词】聚乳酸;纳米纤维素;复合薄膜【作者】张萌;冀嘉钰;樊丽;刘鹏涛【作者单位】天津科技大学,天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457;天津科技大学,天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457;天津科技大学,天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457;天津科技大学,天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457【正文语种】中文【中图分类】O636;TS7211 聚乳酸(PLA)随着人们环保意识的不断提高和国家对各行业环保方面法律法规力度的加强，人们越来越关注环境友好型材料的开发与应用。
聚乳酸(PLA)是一种无毒且具有优良生物可降解性的聚合物，可由乳酸缩聚而成，也可由丙交酯开环聚合而成，故又称作聚丙交酯[1]。
PLA在光或者微生物的作用下可分解成水和二氧化碳，两种产物均不会对环境造成二次污染，被广泛应用于各个领域，尤其是包装、生物医学、建筑、纺织、农业和林业等领域，因此，其也被称为“第四类新材料”。
但PLA也存在一定的缺点，例如，PLA的降解速度过快，水、酸、碱、醇、胺等物质均会引起其降解；PLA对于温度等环境条件也有严格的要求，使它的应用局限在制备使用周期较短的塑料制品上，不能用作长时间储存的容器材料[2-3]；PLA分子链堆积松散，导致PLA薄膜柔性差、质脆且硬；且PLA制备成本高、加工难度大、对生产设备要求高；这些缺点限制了PLA的广泛应用。
聚乳酸基纳米复合材料的研究现状及其发展前景
聚乳酸基纳米复合材料的研究现状及其发展前景聚乳酸基纳米复合材料是一种由聚乳酸 (PLA) 和其他纳米材料组成的复合材料。
目前，聚乳酸基纳米复合材料的研究现状及其发展前景非常广阔，具体如下:
一、研究现状
1. 材料制备技术：目前，聚乳酸基纳米复合材料的制备技术主要包括溶剂热反应、溶胶 - 凝胶法、电化学沉积法等。
这些方法不仅可以控制复合材料的组成和结构，还可以提高复合材料的性能。
2. 材料性能：聚乳酸基纳米复合材料具有优异的力学性能、光学性能、生物相容性和降解性等。
其中，PLA 纳米复合材料的力学性能比纯 PLA 提高了近10 倍，光学性能也得到了显著提高。
3. 应用领域：聚乳酸基纳米复合材料的应用领域非常广泛，包括生物医学、光学、电子学、环保等领域。
例如，PLA 纳米复合材料可以用于生物传感器、生物医学材料、光学器件等方面。
二、发展前景
1. 生物医学应用：聚乳酸基纳米复合材料在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，PLA 纳米复合材料可以用于生物传感器、生物医学材料、药物释放系统等。
2. 光学应用：聚乳酸基纳米复合材料在光学领域具有广泛的应用前景。
例如，PLA 纳米复合材料可以用于光学器件、太阳能电池等。
3. 电子学应用：聚乳酸基纳米复合材料在电子学领域具有广泛的应用前景。
例如，PLA 纳米复合材料可以用于电子器件、半导体器件等。
4. 环保应用：聚乳酸基纳米复合材料在环保领域具有广泛的应用前景。
例如，PLA 纳米复合材料可以用于水处理、大气污染治理等方面。
总的来说，聚乳酸基纳米复合材料具有优异的性能和良好的发展前景，将成为未来材料领域的研究热点之一。
可生物降解聚乳酸_纳米纤维素复合材料的亲水性和降解性_崔晓霞
第38卷增刊2010年4月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICA L M A T ERIA LS V ol .38N o .4·107·基金项目:国家大学生创新性实验计划(091002233);国家林业局“948”引进项目(2008-4-075)资助作者简介:崔晓霞(1987-),女,本科生,主要研究方向:功能高分子材料。
联系人:张力平。
可生物降解聚乳酸/纳米纤维素复合材料的亲水性和降解性崔晓霞 曲 萍 陈 品 张力平＊(北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083)摘 要 采用溶液浇铸法制备可生物降解聚乳酸(PLA )/纳米纤维素复合材料。
测试了该复合材料的吸水性,在37℃的磷酸缓冲溶液中及在土壤中的降解性。
并用扫描电子显微镜(SEM )观察了降解前后复合材料的表面形貌。
结果表明,随着复合材料中纳米纤维素质量分数的增加,复合材料的吸水性和降解性均随之提高,明显优于纯的聚乳酸。
从SEM 的图片中看出,降解后,在磷酸缓冲溶液中的复合材料表面有孔洞,而在土壤中的则有明显被侵蚀的痕迹。
关键词 聚乳酸,纳米纤维素,复合材料,降解性Study on the degradation of cellulose nanowhiskers /poly (1actic acid )compositesCui Xiaox ia Qu Ping Chen Pin Zhang Liping(College of M aterials Science and Technolo gy ,Beijing Forestry U niversity ,Beijing 100083)A bstract T he casting solution was blended with poly (lactic acid )(P LA )and cellulo se nano whiskers .T he w aterabso rption ,the bio deg radatio n in soil ,the deg radatio n in pH 7.4PBS at 37℃wer e tested .A nd the surfaces of the co m -posite s before a nd after degr adation wer e char ac te rized by the scanning electro n mic roscope (SEM ).T he results show ed tha t the water abso rption and the deg radatio n o f the co mpo sites improv ed o bviously with the co ntent of the cellulo se nanow hiske rs increase .T he hole s o f the surface of the co mpo sites could be sho wed af te r deg rada tion in PBS by SEM .And the r ema rkable e roded tr ace of the surface of the com po sites could be found after degr adation in soil by the re sults of S EMKey words po ly (lactic acid ),cellulo se nanowhisker s ,composites ,deg rada tion 聚乳酸(PLA )有较好的力学强度、弹性模量和热成型性,并且有极为优良的生物相容性和生物惰性,可用于骨折内固定材料、神经套管、手术缝合线,也可用于食品包装材料、快餐器具等[1-2]。
绿色可降解生物高分子聚乳酸改性及应用研究进展
Abstract ：The latest research progress of poly(lactic acid) (PLA) modification in recent years was mainly introduced. The modification methods of PLA were described from the following aspects ：blending modification，copolymerization modification， branching and crosslinking modification，nanocomposite modification and stereocomposite modification. The applications of PLA in the fields of packaging materials，tissue engineering scaffold materials and drug carrier materials were also reviewed. Eventually，the possible development directions of modification and application of PLA were summarized and prospected.
Keywords ：poly(lactic acid) ；modification ；application
21 世纪，建设可持续发展的资源循环型社会已成为我 国的基本国策，大力发展可再生、环境友好型生物降解高分 子材料是发展的必然趋势。特别是基于淀粉、秸秆、甘蔗渣 等可再生生物质资源的生物质基高分子材料，由于具有良好 的生物降解性，并且原料丰富易得，得到了快速的发展 。 [1–2] 与传统高分子材料相比，生物质基高分子材料不仅减少了对 石化资源的消耗，而且在生产过程中经历的光合作用消耗了 二氧化碳和水，减少了二氧化碳的释放；同时生物质基高分 子材料由于其优异的生物降解性使其具有环境友好的可堆 肥性 [3]。因此，“源于自然，归于自然”的生物质基高分子材 料满足可持续发展的需要，具有巨大的发展潜力，未来将有 广阔的应用市场。在众多的生物质基高分子材料中，聚乳酸 (PLA) 因其植物来源性和良好的生物降解性、生物相容性以 及高的强度等性能优势，未来在取代传统石化基高分子材料 方面具有巨大的潜力 [4]。PLA 是由淀粉或马铃薯、蔗糖、玉
《2024年聚乳酸纳米复合材料的制备与性能研究》范文
《聚乳酸纳米复合材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着人类对环保意识的提高和可持续发展战略的推进，生物可降解塑料已成为研究热点。
聚乳酸（PLA）作为一种生物相容性好、可降解的环保材料，广泛应用于医疗、包装、农业等领域。
然而，为了进一步提高聚乳酸的性能，纳米复合材料的研究备受关注。
本文将详细探讨聚乳酸纳米复合材料的制备方法及其性能研究。
二、聚乳酸纳米复合材料的制备1. 材料选择制备聚乳酸纳米复合材料，首先需要选择合适的纳米填料。
常见的纳米填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米粘土等。
这些纳米填料具有优异的物理、化学性能，可有效提高聚乳酸的力学、热学等性能。
2. 制备方法聚乳酸纳米复合材料的制备方法主要包括熔融共混法、原位聚合法等。
其中，熔融共混法操作简便，适用于大规模生产；原位聚合法则可在纳米填料表面引入官能团，提高填料与聚乳酸的相容性。
本文采用熔融共混法，将聚乳酸与纳米填料在高温下熔融共混，制备出聚乳酸纳米复合材料。
三、性能研究1. 力学性能通过拉伸试验、冲击试验等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的力学性能。
实验结果表明，纳米填料的加入可显著提高聚乳酸的拉伸强度、冲击强度等力学性能。
此外，纳米填料的种类和含量对力学性能的影响也进行了详细分析。
2. 热学性能采用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的热学性能。
实验结果表明，纳米填料的加入可提高聚乳酸的热稳定性，降低其熔点和结晶温度。
此外，纳米填料的分散性对热学性能的影响也进行了探讨。
3. 生物相容性聚乳酸作为一种生物相容性好的材料，其生物相容性是评价其性能的重要指标。
通过细胞毒性试验、血液相容性试验等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的生物相容性。
实验结果表明，纳米填料的加入对聚乳酸的生物相容性影响较小，仍具有良好的生物相容性。
四、结论本文通过熔融共混法制备了聚乳酸纳米复合材料，并对其性能进行了深入研究。
实验结果表明，纳米填料的加入可显著提高聚乳酸的力学性能和热学性能。
纳米纤维素增强可生物降解聚合物的研究进展
China Pulp &Paper Vol.40，No.2，2021·纳米纤维素·纳米纤维素增强可生物降解聚合物的研究进展侯磊磊1，2陈京环1，2，*刘金刚1，2，*（1.中国制浆造纸研究院有限公司，北京，100102；2.制浆造纸国家工程实验室，北京，100102）摘要：本文综述了纤维素纳米晶体（CNC ）和纤维素纳米纤丝（CNF ）在增强可生物降解聚合物中的研究进展。
主要介绍了两种纳米纤维素及其制备方法，阐述了纳米纤维素的增强机理和复合材料的构筑方法，详细论述了纳米纤维素在增强聚乳酸（PLA ）、热塑性淀粉（TPS ）、聚己内酯（PCL ）应用的研究进展。
最后简要分析了纳米纤维素增强可生物降解聚合物在规模化和产业化上面临的挑战，并展望了其应用前景。
关键词：纳米纤维素；纳米复合材料；可生物降解聚合物；改性中图分类号：TS72文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.02.007Research Progress of Nanocellulose Reinforced Biodegradable PolymersHOU Leilei 1，2CHEN Jinghuan 1，2，*LIU Jingang 1，2，*（1.China National Pulp and Paper Research Institute Co.，Ltd.，Beijing ，100102；2.National Engineering Lab for Pulp and Paper ，Beijing ，100102）（*E -mail ：jinghuanchen@ ；liujgang@ ）Abstract ：This paper summarized the research progress of the applications of cellulose nanocrystal （CNC ）and cellulose nanofibril （CNF ）in enhancing biodegradable polymers.Two kinds of nanocellulose material and their preparation methods were introduced.The strengthening mechanism of nanocellulose material and the preparation methods of composite materials were elaborated.In addition ，this paper demon‐strated the research progress of nanocellulose in the application of reinforcing polylactic acid （PLA ），thermoplastic starch （TPS ）and poly‐caprolactone （PCL ）.Finally ，the challenges of the scale -up and industrialization of nanocellulose material reinforced biodegradable poly‐mers were briefly analyzed ，and its application potential was prospected.Key words ：nanocellulose ；nanocomposite ；biodegradable polymer ；modification 由石油基聚合物制成的塑料制品如聚乙烯（PE ）、聚氯乙烯（PVC ）、聚丙烯（PP ）等具有易于加工、成本低、强度高、阻隔性能好、透明度高等优点[1]，已被作为基础材料广泛应用于众多领域。
纳米纤维素的制备、降解及抗菌性的研究的开题报告
纳米纤维素的制备、降解及抗菌性的研究的开题报告1. 研究背景和意义纳米纤维素是一种由纤维素纤维制备而成的纳米材料，由于其优异的机械性能、生物相容性和低毒性等优点，被广泛应用于生物医学领域、食品工业及纸浆制造等领域。
同时，纳米纤维素也具有良好的降解性能和抗菌性能，能够有效地减少环境污染和食品细菌污染。
因此，深入研究纳米纤维素的制备、降解和抗菌性能具有重要的实际应用价值和科学意义。
2. 研究目的和内容本研究主要目的是探究纳米纤维素的制备方法和工艺，分析其降解性能和抗菌性能，并研究其在生物医学、食品工业和纸浆制造等领域的应用前景。
具体内容包括：（1）纳米纤维素的制备方法及其工艺参数的优化。
（2）纳米纤维素的降解特性研究，探究其在不同环境下的降解情况。
（3）纳米纤维素的抗菌性能研究，分析其对不同细菌的抑制效果。
（4）对纳米纤维素在生物医学、食品工业和纸浆制造等领域的潜在应用进行论述和分析。
3. 研究方法和技术路线（1）制备纳米纤维素。
采用化学水解和酸水解法制备纳米纤维素，并通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等技术分析纳米纤维素的形貌和结构。
（2）降解性能研究。
将纳米纤维素置于不同环境中，如酸性环境、碱性环境、微生物环境等进行降解性能的研究，并通过红外光谱、热重分析等技术分析其降解产物。
（3）抗菌性能研究。
采用滴定法或胶板法对纳米纤维素的抗菌性能进行研究，并通过荧光显微镜、扫描电镜等技术观察和分析纳米纤维素对不同细菌的抑制效果。
（4）应用前景分析。
通过文献综述和市场调研等方法，分析纳米纤维素在生物医学、食品工业和纸浆制造等领域的应用前景。
4. 预期结果（1）成功制备纳米纤维素，获得其稳定的形貌和结构。
（2）研究纳米纤维素在不同环境下的降解特性，探究其降解产物和降解动力学。
（3）研究纳米纤维素的抗菌性能，分析其对不同细菌的抑制效果。
（4）分析纳米纤维素在生物医学、食品工业和纸浆制造等领域的应用前景，为其进一步的应用和开发提供理论和实践基础。
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第38卷增刊2010年4月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICA L M A T ERIA LS V ol .38N o .4·107·基金项目:国家大学生创新性实验计划(091002233);国家林业局“948”引进项目(2008-4-075)资助作者简介:崔晓霞(1987-),女,本科生,主要研究方向:功能高分子材料。
联系人:张力平。
可生物降解聚乳酸/纳米纤维素复合材料的亲水性和降解性崔晓霞 曲 萍 陈 品 张力平＊(北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083)摘 要 采用溶液浇铸法制备可生物降解聚乳酸(PLA )/纳米纤维素复合材料。
测试了该复合材料的吸水性,在37℃的磷酸缓冲溶液中及在土壤中的降解性。
并用扫描电子显微镜(SEM )观察了降解前后复合材料的表面形貌。
结果表明,随着复合材料中纳米纤维素质量分数的增加,复合材料的吸水性和降解性均随之提高,明显优于纯的聚乳酸。
从SEM 的图片中看出,降解后,在磷酸缓冲溶液中的复合材料表面有孔洞,而在土壤中的则有明显被侵蚀的痕迹。
关键词 聚乳酸,纳米纤维素,复合材料,降解性Study on the degradation of cellulose nanowhiskers /poly (1actic acid )compositesCui Xiaox ia Qu Ping Chen Pin Zhang Liping(College of M aterials Science and Technolo gy ,Beijing Forestry U niversity ,Beijing 100083)A bstract T he casting solution was blended with poly (lactic acid )(P LA )and cellulo se nano whiskers .T he w aterabso rption ,the bio deg radatio n in soil ,the deg radatio n in pH 7.4PBS at 37℃wer e tested .A nd the surfaces of the co m -posite s before a nd after degr adation wer e char ac te rized by the scanning electro n mic roscope (SEM ).T he results show ed tha t the water abso rption and the deg radatio n o f the co mpo sites improv ed o bviously with the co ntent of the cellulo se nanow hiske rs increase .T he hole s o f the surface of the co mpo sites could be sho wed af te r deg rada tion in PBS by SEM .And the r ema rkable e roded tr ace of the surface of the com po sites could be found after degr adation in soil by the re sults of S EMKey words po ly (lactic acid ),cellulo se nanowhisker s ,composites ,deg rada tion 聚乳酸(PLA )有较好的力学强度、弹性模量和热成型性,并且有极为优良的生物相容性和生物惰性,可用于骨折内固定材料、神经套管、手术缝合线,也可用于食品包装材料、快餐器具等[1-2]。
但是聚乳酸是疏水性聚合物,亲水性差,降解周期难以控制。
纳米纤维素作为天然聚合物纳米填充物与其他纳米填充物相比的优点是价廉、易得、可再生、生物相容、制备简单等[3]。
而且纳米纤维素是一种棒状纤维晶须,由于小尺寸、比表面积大、表面有大量的活性羟基,与聚合物的相容性好,可作为一种性能优异的填充材料。
本研究是将聚乳酸和纳米纤维素共混制备复合材料,并控制其材料的降解性能。
该复合材料利用了纳米纤维素上大量的活性羟基,极大地改善了复合材料的亲水性和降解性。
1 实验部分1.1 试剂与仪器N ,N -二甲基乙酰胺(DM Ac )(分析纯),北京化工厂;聚乳酸(PLA ),上海易生实业有限公司,纤维级,颗粒状(相对分子质量为1×105);纳米纤维素晶体,自制。
1.2 复合膜的制备采用溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸质量化工新型材料第38卷比分别为0/100、1/99、2/98、3/97、4/96的复合材料。
首先制备分散有不同质量分数的纳米纤维素的N,N-二甲基乙酰胺溶液。
然后将一定量的聚乳酸颗粒加入到分散有纳米纤维素的N,N-二甲基乙酰胺中,在80℃的水浴下搅拌使其溶解。
采用超声、真空脱泡处理,最后用实验室自制刮刀在玻璃板上刮膜,放入烘箱中挥发溶剂,揭膜,40℃真空干燥。
将制得的厚度约30um的膜放到干燥器中,备用。
1.3 复合材料的性能测试1.3.1 复合材料的吸水性将复合材料剪成7.5cm×7.5cm的样品,50℃真空干燥48h,称重。
室温(25℃)下将试样放入蒸馏水中浸泡24h,取出试样后用滤纸拭干表面,再次称重。
吸水率计算公式:吸水率=(M2-M1)/M1×100%(1)其中,M2———吸湿后的质量;M1———初始质量。
1.3.2 复合材料在缓冲溶液中的降解性分别取大小为7.5cm×7.5cm的不同复合材料准确称重,加入盛有10m l,pH值为7.4的磷酸缓冲溶液(PBS)的小瓶中,密封。
放到37℃的摇床中,每隔一段时间取出样品并真空干燥,恒重后测其干重,共混物膜的重量损失由下式计算。
重量损失=(1-M1/M2)×100%(2)其中,M1———降解后样品的干重;M2———样品原重。
1.3.3 复合材料在土壤中的降解性从校园内采集普通花园中的土壤,装入花盆中,进行自然环境中的降解实验。
将试样剪成7.5cm×7.5cm并烘干至恒重。
将试样埋入土壤中(约10cm 深),在室温的条件下,保持一定的湿度。
间隔一定时间后取出试样,用乙醇和水清洗后,烘干至恒重。
共混物膜的重量损失见式(2)计算。
1.3.4 降解前后复合材料的表面形貌利用日本H ITACH I公司的S-3000n型扫描电子显微镜(SEM)观察降解前后复合材料的表面形貌。
2 结果与讨论2.1 复合材料的吸水性图1为含有不同纳米纤维素质量分数的复合材料的吸水率。
从图中可以看出随着纳米纤维素质量分数的增加,复合材料的吸水率几乎是成线性的增加。
这是由于纳米纤维素表面有大量裸露的羟基,图1 不同质量分数的纳米纤维素对复合材料吸水性能的影响能与水分子形成氢键,从而有很强的亲水能力。
复合材料中的纳米纤维素含量越多,复合材料中的羟基越多,吸水率越高。
聚乳酸是一种疏水性的聚合物,随着聚乳酸含量的减少,复合材料中的酯键密度减小,羟基密度相应增加,导致复合材料的亲水能力增强,吸水率提高。
另外,纳米纤维素和聚乳酸复合,由于聚乳酸中酯键的存在,会削弱了纳米纤维素和水分子的亲和力,使水分子扩散到复合材料体系中的阻力增大,纳米纤维素的吸水速率相对降低。
由于聚乳酸的生物降解实际上主要是一个水解的过程,保持一定的吸水性对制品的降解是有利的。
2.2 磷酸缓冲溶液中的降解性图2为含有不同质量分数的纳米纤维素的聚乳酸复合材料在温度为37℃的磷酸缓冲溶液(pH为7.4)中的降解性。
由图2中可以看出,随着复合材料中纳米纤维素质量分数的增加,复合材料的降解性能是相应提高的。
和纯聚乳酸相比,在一周内复合材料的降解速率明显提高,从0.2%到5.9%(纳米纤维素含量为4%)。
当纳米纤维素含量为4%时,一图2 在温度为37℃的磷酸缓冲溶液(pH为7.4)中不同质量分数的纳米纤维素对复合材料的降解性的影响(a-纳米纤维素0;b-纳米纤维素1%;c-纳米纤维素2%;d -纳米纤维素3%;e-纳米纤维素4%)·108·增刊崔晓霞等:可生物降解聚乳酸/纳米纤维素复合材料的亲水性和降解性周之内质量损失了5.9%,说明不仅仅是纤维素的降解使复合材料的降解性能提高,而是纤维素的存在也使聚乳酸的降解速率提高。
但随着时间的延长,复合材料的降解速率较为平缓。
说明纳米纤维素的存在,是从降解开始提高降解速率而不是在降解过程中逐步加快降解速率。
从材料的吸水率、质量损失可以考察复合材料的体外降解性[4-6]。
聚乳酸/纳米纤维素复合材料在缓冲溶液中的降解主要为聚乳酸的水解反应[7],由于纳米纤维素较强的亲水效应,更多的水分子由材料的表层克服阻力向内层扩散,进入酯键或亲水基团的周围,在介质作用下,攻击聚乳酸分子中的酯键,使其发生自由水解断裂,聚乳酸逐渐断裂为小分子低聚物,端羧基浓度增加,有利于酯键的自催化水解过程[8-9],最终使其分解为羧酸和醇。
总而言之,纳米纤维素的存在使复合材料的降解性能优于纯的聚乳酸。
由于纳米纤维素也具有良好的生物相容性,聚乳酸/纳米纤维素复合材料在体内植入材料上有广泛的应用前景。
2.3 土壤中降解性图3是含有不同质量分数的纳米纤维素的聚乳酸复合材料在土壤中的降解性。
从图中可以看出复合材料的降解趋势和在磷酸缓冲溶液中的降解趋势是一样的,随着复合材料中纳米纤维素含量的增加,降解性能相应提高。
和在缓冲溶液中不一样的是,随时间的延长,复合材料的质量损失提高明显,有递增的趋势。
且从整体的数据上可以看出在土壤中的降解速率要快于在磷酸缓冲溶液中的。
在土壤中,两个月后复合材料(纳米纤维素含量为4%)的质量损失是8.01%,纯聚乳酸的是2.02%,是纯聚乳酸的图3 在土壤中不同质量分数的纳米纤维素对复合材料的降解性的影响(a -纳米纤维素0;b -纳米纤维素1%;c -纳米纤维素2%;d -纳米纤维素3%;e -纳米纤维素4%)4倍,明显提高了聚乳酸在自然环境中的降解速率,这在解决废弃物的环境污染方面有重要的意义。
复合材料在土壤中除了水解的作用外,还有土壤中微生物的作用[10]。
微生物线黏附在材料的表面,材料的表面由于微生物分泌的酶而发生水解和氧化等反应将高分子逐步断裂成相对分子量低的碎片。
这是土壤中比在磷酸缓冲溶液中降解速度快的原因。
2.4 降解前后复合材料的表面形貌图4中(a )为降解前的复合材料表面形貌,(b )和(c )分别是复合材料在磷酸缓冲溶液中和土壤中降解2个月后的表面形貌。