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1、得分：_______南京林业大学研究生课程论文2014～2015学年第2学期课程号：43348课程名称：生物纤维复合材料制造技术论文题目：聚羟基脂肪酸酯的研究与应用概述学科专业：木材科学与技术学号：姓名：赵华任课教师：周晓燕教授二○一四年十二月聚羟基脂肪酸酯的研究与应用概述赵华（南京林业大学材料学院、木材科学与技术专业）摘要：本文简述了聚羟基脂肪酸酯(ＰＨＡ)的结构、结晶性能、生物降解性能及流变性能；详述了ＰＨＡ及其改性聚合物静电纺丝和熔融纺丝技术及性能的研究进展；阐述了PHA的生物合成及其在不同领域的应用和发展前景。Abstract
2、:Thispaperdescribesthestructure,crystallizationproperties,biodegradabilityandrheologicalpropertiesofpolyhydroxyalkanoate(PHA);detailstheelectrospinningandmeltspinningtechniquesofPHAanditsmodifiedpolymer;describesthebiosynthesisofPHAanditsapplicationanddevelopmentprospec
3、tsindifferentareas.关键词：聚羟基脂肪酸酯；合成；性能；纺丝；应用引言聚羟基脂肪酸酯(PHA)是原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下,作为碳源和能源贮存而合成的一类热塑性聚酯。作为细胞内的碳源和能源的储备物,由相同或不相同羟基脂肪酸单体组成。依单体组成不同PHAS具有从硬的晶体到软的弹性体等一系列不同聚合物的性质。主要有纯菌发酵法、基因重组法和混合培养法3大类方法合成。它不仅具有合成塑料的物化特性,而且具有合成塑料所不具备的生物降解性、生物相容性、光学活性、压电性以及在生物合成过程中可利用再生原料等优异性能。目前,对于
4、ＰＨＡ的研究主要集中于二个方面:一是PHA基本性能的研究,如高聚物的力学性能、热降解性能及其结晶性能;二是PHA及其改性聚酯纤维成形的研究,通过静电纺丝或熔融纺丝进行纤维成形,研究初生纤维性能,为PHA纤维的工业化奠定理论基础。在医学、农业、食品包装和电子等领域具有广阔的应用前景。1PHA性能PHA为一类高度结晶的热塑性物质[1],通过改变化学结构,PHA具有不同应用的热塑性能。其物理性能主要取决于化学结构中主链上侧基的长度以及相邻酯键之间的距离。此化学结构使得PHA具有常规热塑性塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的物理和热性能,P
5、HB与全规PP具有相似的结晶和热熔性能,其拉伸强力为40MPa、杨氏模量为3.5GPa,但是,PHB膜的延伸率低于PP,大概为6%左右。这是因为制备PHB没有外应力,导致成膜时有空隙。PHB双轴向松弛膜拥有很好的韧性以及高清晰的透明度[2]。而且PHA是一种胞内碳源和能源储存物,自然能被许多微生物分解利用,具有生物降解性。PHA胞内降解途径主要是通过PHA解聚酶形成单体或二聚体;胞外降解有两种机制,一是无菌状态下酯键自动水解,二是被胞外PHA解聚酶分解[1]。影响其降解的因素包括:摩尔质量、化学结构、共聚物成分、结晶度、亲疏平衡以及高
6、分子链活动性等等[2]。除主要特性生物可降解性外,PHA还具有生物相容性、光学活性、压电性、抗潮性、低透气性等特殊性能。1.1ＰＨＡ的结构与人工合成的脂肪族聚酯不同,ＰＨＡ的每一结构单元都有一个手性碳原子(Ｒ绝对构型)ＰＨＡ的结构通式如下:式中:ｎ———1,2,3;ｍ———聚合度;Ｒ———侧链,表示不同的基团。当ｎ为1时,PHA的单元结构式为3-羟基脂肪酸酯。PHA的大多数单体是链长3～14个碳原子的3-羟基脂肪酸,侧链是高度可变的饱和或不饱和、直链或支链、脂肪族或芳香族的基团。目前发现的PHA有150多种单体结构[5],根据单体碳原
7、子数的不同可将PHA分为3类:短链PHA(SCL-PHA),含4～5个碳原子的单体,如聚羟基丁酸酯(ＰＨＢ),具有硬度高塑性低的特点;中长链PHA(MCL-PHA,含4～16个碳原子的单体,如3-羟基己酸(3ＨＨｘ)、3-羟基辛酸(3ＨＯ)等,其粘性高,难于加工;短链与中长链共聚酯(SCL-MCLPHA),如3-羟基丁酸3-羟基戊酸共聚酯。1.2ＰＨＡ结晶性能ＰＨＡ是从生物体内提取出来的,其纯度较高,没有残留的催化剂或其他成分,而且它又是一种手性聚合物,所以PHA呈现出非常高的旋光纯度。偏光显微镜观察发现有超大球晶,90℃时PHA出现
8、了明显的黑十字消光图案,球晶尺寸大且非常完整,几乎可用肉眼观察。在ＰＨＡ二元复合体系中S.J.Oragan[3]研究发现聚β-羟基丁酸戊酸酯(ＰＨＢＶ)/ＰＨＢ体系部分相容,在ＰＨＢＶ质量分数高于60%时出现液-液相分离
