高分子材料的稳定与降解 可生物降解的高分子材料

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1、可生物降解的高分子材料一、生物降解高分子材料的定义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。在生物或生物化学作用过程中或生物环境中，可发生降解的高分子。二、可生物降解聚合物的分类（1）按降解机理和破裂形式可分为：完全生物降解（Biodegradable）高分子材料:指在微生物的作用下，在一定时间内完全分解为CO2和H2O的聚合物。如：聚羟基丁酸酯（PHB)、聚ε－己内酯（PCL)生物破坏性（或崩坏性）（Biodestructibleorbiodisintegrable）高分子材料:指在微生物作用下，高分

2、子材料仅能被分解为散乱的碎片。如：淀粉添加的聚苯乙烯、聚烯烃等（2）从原料的组成和制作工艺可分为：微生物生产高分子材料：通过微生物发酵获得的高分子材料，如：PHBPHBV合成高分子材料如：PLAPCL等天然高分子材料以纤维素、淀粉、甲壳素等天然物质为原料合成的高分子材料。（3）按降解高分子材料的组成与结构分掺混型:普通高分子材料中加入可降解或可促进降解的物质制得的降解高分子材料。结构型：高分子材料本身具有降解结构。Polymer酶Polymer水解、氧化分子链断裂低分子量的碎片吸收、消化代谢CO2、H2O、生物量Pol

3、ymer表面张力、表面结构、多孔性、温度等环境的影响生物降解高分子降解机理聚合物生物降解取决于聚合物分子的大小、结构微生物种类环境因素生物降解的作用方式生物的物理作用：由于生物细胞的增长而使物质发生机械性的毁坏。生物的化学作用：微生物对聚合物的作用而产生新的物质。酶的直接作用：微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。聚合物生物降解是多种作用方式的协同作用微生物合成的高分子聚羟基丁酸酯（PHB)细菌和藻类的储能产物，PHB的生成包括一系列酶的催化反应：产生的PHB可通过一系列的逆酶反应，产生的能量和产物为细胞所利用。192

4、5年，法国Pasteur研究所的Lemoigne从巨大芽孢杆菌细胞中发现PHB。上世纪80年代，ICI公司发现PHB的提取和纯化方法，并用PHB制成薄膜，使得PHB的商业化生产成为可能。PHB的性质脆性的高度结晶的不稳定的材料平均结晶度80％上限工作温度93℃PHB的加工窗非常窄耐化学性不佳ICI公司开发的产品BiopolΒ-羟基丁酸（HB)和β-羟基戊酸（HV)的共聚物（PHBV)，其中HV的摩尔分数0～30％HV的引人改进了PHB的许多性能结晶度降低聚合物的熔点降低聚合物的柔顺性提高从而使共聚物断裂延伸率、冲击强度

5、提高，最大强度降低。HV含量高时，共聚物软而韧，类似于PEHV含量中等时，共聚物有良好的韧性平衡，类似于PPHV含量低时，共聚物硬而脆，类似于不增塑的PVCPHBV能制成膜、瓶及注射模压件，包装、容器、医疗用品。目前此类聚合物推广应用的最大问题是价格问题。合成高分子材料聚乳酸（PLA)PLA的性质结晶的刚性聚合物强度高耐水性差抗冲击性较差相对分子量增大，PLA的力学强度提高但相对分子量增大，材料的降解速度也会变慢为了改善PLA的性能，采用与其他化合物共聚的方法改性，如：PGLA,PLA/PEG共聚物PLA可制成纤维、薄

6、膜、棒、螺栓、板和夹子，可用于食品包装，纸涂层，快餐器具等，也可用在医疗用品上。聚ε－己内酯（PCL)一种热塑性聚酯，刚性与中密度PE相似。PCL可单独使用，也可与其他单体共聚提高性能，或与其他材料共混使用。PCL可注射模压、吹塑成型、热成型。PCL可用作农膜、药物提供系统，农药、草药、肥料的控制释放系统。天然高分子材料纤维素基聚合物甲壳素基聚合物淀粉基聚合物A.天然高分子材料包括多糖类如：纤维素、淀粉、甲壳素；蛋白质类如：毛、丝等；以及木质素、单宁、树皮等其它天然产物，可望由此制得有利于环境的结构材料。缺点：其耐水性

7、、耐热性、力学性能等与传统高分子材料尚有较大差距。例；*甲壳素与壳聚糖纤维、薄膜具有良好的抗菌、消炎、止血等功能，可用于医疗卫生领域，同时具有良好的生物降解性能。*经改性的淀粉可以加工成易降解的农用薄膜、包装材料等*纤维素－淀粉－壳聚糖系列生物降解膜，可应用于农业、园艺中。淀粉基聚合物淀粉填充生物降解高分子材料淀粉与聚合物共混，如淀粉与PS,PE,PP等聚合物共混，可以制作农膜和包装材料。缺点：不能彻底降解淀粉接枝共聚降解高分子材料淀粉与不饱和单体如苯乙烯、乙烯、丙烯腈、丙烯酸等共聚而得的降解材料。如淀粉接枝丙烯酸甲酯

8、、苯乙烯等。缺点：共聚物与均聚物混合；加工工艺复杂，生产成本高淀粉基质生物降解高分子材料以淀粉为主体，加入适量可降解添加剂来生产的完全生物降解的高分子材料。意大利Novamont公司的“Mater-Bi”PVA+淀粉（70％）美国Werner-Lamber公司的“Novon”支链（70％）＋直链淀粉（30%)或淀粉＋其他全降解添加