生物基高分子材料（課堂PPT）

1、1 1生物基高分子材料葉海木2013-10-242 2內(nèi)容 高分子材料高分子材料 生物基高分子材料生物基高分子材料3 3什么是高分子？什么是高分子？ 在結(jié)構(gòu)上由許多個(gè)實(shí)際或概念上的低分子量分子結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元在結(jié)構(gòu)上由許多個(gè)實(shí)際或概念上的低分子量分子結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元組成的高分子量分子。其分子量通常在組成的高分子量分子。其分子量通常在10104 4 g g/molmol以上。以上。n汽油，汽油，4 4個(gè)重復(fù)單元個(gè)重復(fù)單元石蠟，石蠟，1212個(gè)重復(fù)單元個(gè)重復(fù)單元 聚乙烯，聚乙烯，4000040000重復(fù)單元重復(fù)單元4 4高分子材料高分子材料u高分子材料主要包括塑料、橡膠和纖維三大材料，高分子材料主

2、要包括塑料、橡膠和纖維三大材料，還包括涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料等。還包括涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料等。u高分子材料體積消費(fèi)量早已超過鋼材。其中塑料高分子材料體積消費(fèi)量早已超過鋼材。其中塑料是消費(fèi)量最大的高分子材料，是消費(fèi)量最大的高分子材料，20072007年全世界共消年全世界共消費(fèi)費(fèi)2.62.6億噸塑料，約是鋼材體積消費(fèi)量的億噸塑料，約是鋼材體積消費(fèi)量的1.51.5倍。倍。 5 5高分子材料在日常生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用高分子材料在日常生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用6 6目前已占轎車總重量目前已占轎車總重量的的2020！40Kg/輛塑料是汽車工業(yè)的重要原材料塑料是汽車工業(yè)的重要原材料聚丙烯是汽聚丙

3、烯是汽車塑料中用車塑料中用量最大的品量最大的品種種7 7塑料是汽車工業(yè)的重要原材料塑料是汽車工業(yè)的重要原材料汽車用塑料內(nèi)飾件汽車用塑料內(nèi)飾件8 83D3D打印技術(shù)打印技術(shù)9 9富勒烯富勒烯C60C60，F(xiàn)ullerene C60Fullerene C60 碳納米管，碳納米管，CarbonCarbon NanotubeNanotube 石墨烯，石墨烯，GrapheneGraphene 石墨塊，石墨塊，GraphiteGraphite BlockBlock碳材料碳材料10102011年三大合成材料產(chǎn)量8161萬噸1981年三大合成材料產(chǎn)量142萬噸我國(guó)高分子材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展我國(guó)高分子材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展1

4、 1、快速增長(zhǎng)，產(chǎn)量和消費(fèi)量均為世界第一、快速增長(zhǎng)，產(chǎn)量和消費(fèi)量均為世界第一1111u合成纖維：早已是世界最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。合成纖維：早已是世界最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。20112011年，合成年，合成纖維原料表觀消費(fèi)量纖維原料表觀消費(fèi)量32233223萬噸（進(jìn)口萬噸（進(jìn)口45%45%）。）。u合成橡膠：從合成橡膠：從20092009年開始成為世界最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。年開始成為世界最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。20112011年消費(fèi)年消費(fèi)382382萬噸（進(jìn)口萬噸（進(jìn)口38%38%）。）。u塑料：塑料：20102010年成為世界第一大生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。年成為世界第一大生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。20112011年表觀消年表觀

5、消費(fèi)量達(dá)費(fèi)量達(dá)74007400萬噸（進(jìn)口萬噸（進(jìn)口35%35%）。）。我國(guó)高分子材料消費(fèi)快速增長(zhǎng)我國(guó)高分子材料消費(fèi)快速增長(zhǎng)表觀消費(fèi)表觀消費(fèi) 生產(chǎn)生產(chǎn) 進(jìn)口進(jìn)口1212u人類面臨的挑戰(zhàn)人類面臨的挑戰(zhàn)：資源（水、能源等）、糧食、醫(yī)療與健康：資源（水、能源等）、糧食、醫(yī)療與健康等等。等等。u能源：能源：世界世界7070億人，億人，1212億人在發(fā)達(dá)國(guó)家，目前億人在發(fā)達(dá)國(guó)家，目前4040億人在搞工億人在搞工業(yè)化。世界人均消費(fèi)石油業(yè)化。世界人均消費(fèi)石油1717桶桶/ /年，美國(guó)年，美國(guó)3030桶，中國(guó)桶，中國(guó)3 3桶多。桶多。按照西方過去的發(fā)展模式，世界石油需求會(huì)增加很快，無法按照西方過去的發(fā)展模式，世

6、界石油需求會(huì)增加很快，無法滿足。滿足。u必須創(chuàng)造新的發(fā)展模式，尋找新的替代能源。必須創(chuàng)造新的發(fā)展模式，尋找新的替代能源。u為給新模式和新能源發(fā)展更充裕的時(shí)間，我們目前必須開發(fā)為給新模式和新能源發(fā)展更充裕的時(shí)間，我們目前必須開發(fā)節(jié)能技術(shù)（同時(shí)減排）。節(jié)能技術(shù)（同時(shí)減排）?！拔磥砦磥?030年最大的年最大的新能源新能源就是節(jié)約就是節(jié)約能源能源”。u高分子材料可以作出很大的貢獻(xiàn)高分子材料可以作出很大的貢獻(xiàn)。面對(duì)挑戰(zhàn)，高分子材料如何做貢獻(xiàn)？面對(duì)挑戰(zhàn)，高分子材料如何做貢獻(xiàn)？1313隔熱、保溫材料（美國(guó)隔熱、保溫材料（美國(guó)48%48%能源，加熱、制冷和能源，加熱、制冷和照明）照明）海水淡化的反滲透膜海水淡

7、化的反滲透膜太陽能電池用材料太陽能電池用材料克服克服“魔三角魔三角”的輪胎胎的輪胎胎面膠材料面膠材料合成潤(rùn)滑油合成潤(rùn)滑油無雙酚無雙酚A A的食品包裝用塑料的食品包裝用塑料材料材料生物基高分子材料生物基高分子材料高溫橡膠高溫橡膠電動(dòng)汽車用材料電動(dòng)汽車用材料路在何方？材料創(chuàng)新路在何方？材料創(chuàng)新DupontDupont, Executive vice president , Executive vice president and Chief innovation officer.and Chief innovation officer.ArkemaArkema, Vice president, r

8、esearch , Vice president, research and de3velopment.and de3velopment.ExxonMobilExxonMobil, Global intermediates , Global intermediates technology manager.technology manager.EastmanEastman, Senior vice president and , Senior vice president and chief technology officer.chief technology officer.StyronS

9、tyron, President and CEO., President and CEO.DowDow, Vice president, research and , Vice president, research and development, Advanced Materials development, Advanced Materials Division.Division.14141515 目前地球上每年通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物大概目前地球上每年通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物大概有有22002200億噸。億噸。 多糖和蛋白質(zhì)等均為化學(xué)纖維的重要原料。多糖和蛋白質(zhì)等均為化學(xué)纖維的重要原料

10、。天然蛋白質(zhì)大豆蛋白、蓖麻蛋白、玉米蛋白、花生蛋白等牛奶蛋白、蠶絲蛋白、膠原蛋白等天然多糖 纖維素、淀粉、甲殼素、海藻酸、木質(zhì)素等1616可再生天然高分子材料總量每年超過100萬億噸纖維素每年光合作用產(chǎn)量1000億噸有史以來人類所發(fā)現(xiàn)石油資源總量甲殼素每年生物合成量100億噸淀粉“取之不盡”17172008年4月16日CO2H2OO2降解生物可降解塑料微生物微生物酶加工光合作用微生物合成化學(xué)合成消化消化生物質(zhì)1818韋爾奇：綠色可以贏利（Green is green） 綠色可以贏利生物基高分子材料生物基高分子材料1919收獲收獲碾壓碾壓提煉提煉精煉精煉中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物生物油生物油甘油甘油燃料燃

11、料化學(xué)品化學(xué)品涂料涂料粘接劑粘接劑發(fā)泡材料發(fā)泡材料食物食物洗滌用品洗滌用品化妝品化妝品生物基復(fù)合材料生物基復(fù)合材料肥料肥料發(fā)酵發(fā)酵氣化氣化其他其他生物氣、沼氣、燃料生物氣、沼氣、燃料生物塑料生物塑料化學(xué)品化學(xué)品化學(xué)品化學(xué)品燃料燃料植物植物如何贏利如何贏利2020生物基塑膠材料研發(fā)生物基塑膠材料研發(fā)木塑復(fù)合材料（Wood-plastic Composites，簡(jiǎn)稱WPC）是以植物纖維為主要原料，與塑料合成的一種復(fù)合材料。是國(guó)內(nèi)外近年蓬勃興起的一類新型復(fù)合材料，主要以廢舊塑料和樹枝樹杈、稻殼、農(nóng)業(yè)秸稈等植物纖維為原材料，制成的產(chǎn)品廣泛用于包裝、園林、運(yùn)輸、建筑、家裝、車船內(nèi)飾等場(chǎng)所。其融合了“木”

12、與“塑”的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有環(huán)保、防水、耐腐、防蟲、阻燃、可循環(huán)利用等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，是一種極具發(fā)展前途的“低碳、綠色、可循環(huán)”材料。擠出成型注塑成型木塑復(fù)合材料制造工藝木塑復(fù)合材料應(yīng)用木塑復(fù)合材料市場(chǎng)信息n 木塑托盤、包裝箱等包裝制品n 鋪板、鋪梁等倉儲(chǔ)制品n 室外棧道、涼亭、坐椅等城建用品n 房屋、地板、建筑模板等建材用品n 汽車內(nèi)裝飾、管材等其他產(chǎn)品n 我國(guó)木塑復(fù)合材料企業(yè)和產(chǎn)量的平均增長(zhǎng)率已達(dá)20以上n 我國(guó)木塑復(fù)合材料的產(chǎn)量為20萬噸 n 2009年底木塑復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈上的主流企業(yè)已達(dá)300多家 n 木塑制品年產(chǎn)銷量已超過10萬噸，年產(chǎn)值達(dá)12億人民幣左右 n 2009年中國(guó)至少有70的木塑復(fù)

13、合產(chǎn)品用于出口，2008為80n 2009年中國(guó)木塑年產(chǎn)量?jī)H為美國(guó)的約15。 n 中國(guó)的各類門窗市場(chǎng)以每年11的速度增長(zhǎng)。n 中國(guó)的門窗和墻板市場(chǎng)規(guī)模在全球居首位，約是歐洲的4倍。 n 2010年開始中國(guó)木塑復(fù)合材料市場(chǎng)年增長(zhǎng)率為30% n 到2015年，預(yù)計(jì)年產(chǎn)將提高50萬噸的產(chǎn)量木塑復(fù)合材料木粉塑料n工藝配方n 加工工藝n改善復(fù)合界面相容性的方法n 界面融合劑處理n木粉/木纖維表面進(jìn)行預(yù)處理技術(shù)難點(diǎn)2121可少排放二氧化碳，可再生可少排放二氧化碳，可再生有些可在有些可在堆肥條件堆肥條件下可降解下可降解環(huán)境友好環(huán)境友好2222生物降解高分子材料Biodegradable生物基高分子材料Bio

14、-based 生物降解高分子材料是指在一定條件下可以被自然界中存在的微生物如細(xì)菌、霉菌和藻類等作用下而引起降解，最終變成水或二氧化碳等一些小分子進(jìn)入自然循環(huán)的高分子材料。生物基高分子材料是以淀粉、大豆、纖維素、木質(zhì)素、植物油等一些可再生資源為原料的塑料，注重的是生產(chǎn)原料的生物來源性和可再生性。23231 1、淀粉、纖維素等淀粉、纖維素等2 2、聚乙烯（巴西、聚乙烯（巴西1515萬噸萬噸/ /年）年）3 3、聚乳酸聚乳酸（PLAPLA，近，近1010萬噸萬噸/ /年）年）4 4、環(huán)氧化合物、環(huán)氧化合物/ /二氧化碳共聚物二氧化碳共聚物5 5、脂肪族聚酯脂肪族聚酯(PBS)(PBS)6 6、聚羥基

15、脂肪酸脂、聚羥基脂肪酸脂(PHA)(PHA) 等等7 7、半生物基塑料：、半生物基塑料：PTTPTT、PETPET主要種類主要種類2424 制備方法微生物發(fā)酵法天然高分子的改造法酶催化合成法(新方法) 化學(xué)合成法2525天然高分子天然高分子從來源看天然可降解高分子材料的前景從來源看天然可降解高分子材料的前景這些物質(zhì)作為動(dòng)植物的構(gòu)成以及保護(hù)體，同時(shí)也是生命、這些物質(zhì)作為動(dòng)植物的構(gòu)成以及保護(hù)體，同時(shí)也是生命、生理過程的重要功能物質(zhì)，而且大都可以由自然界中既存生理過程的重要功能物質(zhì)，而且大都可以由自然界中既存的微生物分解成低分子化合物。的微生物分解成低分子化合物。具有具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的天然高分子生物

16、可降解材料商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的天然高分子生物可降解材料主要有主要有淀淀粉粉、植物纖維植物纖維、殼聚糖殼聚糖、膠原蛋白膠原蛋白等。等。2626常見的天然高分子常見的天然高分子2727 淀粉是自然界植物體內(nèi)存在的一種高分子化合物。在自然界中的淀粉是自然界植物體內(nèi)存在的一種高分子化合物。在自然界中的產(chǎn)量?jī)H次于纖維素。植物以葉綠素為催化劑。通過光合作用將二氧化產(chǎn)量?jī)H次于纖維素。植物以葉綠素為催化劑。通過光合作用將二氧化碳和水合成葡萄糖。碳和水合成葡萄糖。日光日光葉綠素葉綠素2828圖圖1 1 淀粉顆粒的掃描電子顯微鏡照片：淀粉顆粒的掃描電子顯微鏡照片： (a) (a) 普通的玉米淀粉；普通的玉米淀粉；(b)

17、(b)小麥淀粉。小麥淀粉。2929由于淀粉的由于淀粉的分解溫度低于其熔解溫度分解溫度低于其熔解溫度，所以淀粉必須經(jīng)，所以淀粉必須經(jīng)塑塑化化以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化劑，這些塑以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化劑，這些塑化劑會(huì)和淀粉的分子形成氫鍵以削弱淀粉分子間的氫鍵作化劑會(huì)和淀粉的分子形成氫鍵以削弱淀粉分子間的氫鍵作用從而改善其力學(xué)性能和加工性能。常用的塑化劑有小分用從而改善其力學(xué)性能和加工性能。常用的塑化劑有小分子多元醇等。子多元醇等。提高淀粉的提高淀粉的耐水性能耐水性能，降低其降解速率以及改善濕環(huán)境下，降低其降解速率以及改善濕環(huán)境下這類材料的力學(xué)性能的另外一種有效方法是這類

18、材料的力學(xué)性能的另外一種有效方法是交聯(lián)交聯(lián)。交聯(lián)就。交聯(lián)就是在交聯(lián)劑存在的情況下使共混物中的羥基和其它活性基是在交聯(lián)劑存在的情況下使共混物中的羥基和其它活性基團(tuán)反應(yīng)。最近通過微波輔助在固態(tài)下也實(shí)現(xiàn)了玉米淀粉的團(tuán)反應(yīng)。最近通過微波輔助在固態(tài)下也實(shí)現(xiàn)了玉米淀粉的交聯(lián)。另外加入光敏劑與淀粉及其衍生物共混，用紫外光交聯(lián)。另外加入光敏劑與淀粉及其衍生物共混，用紫外光照射時(shí)間來控制交聯(lián)度的技術(shù)也有報(bào)道。高度交聯(lián)后，淀照射時(shí)間來控制交聯(lián)度的技術(shù)也有報(bào)道。高度交聯(lián)后，淀粉共混體系耐水性明顯提高，材料硬化、韌性下降。在實(shí)粉共混體系耐水性明顯提高，材料硬化、韌性下降。在實(shí)際應(yīng)用中交聯(lián)度通?？刂圃谳^低水平以兼顧體系

19、的各項(xiàng)性際應(yīng)用中交聯(lián)度通常控制在較低水平以兼顧體系的各項(xiàng)性能。能。3030淀粉生產(chǎn)工藝流程示意圖淀粉生產(chǎn)工藝流程示意圖3131與淀粉共混的可降解合成高分子主要有與淀粉共混的可降解合成高分子主要有聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)(PVA)和聚酯類聚合物等。由于和聚酯類聚合物等。由于PVAPVA與淀粉、纖維素結(jié)構(gòu)有與淀粉、纖維素結(jié)構(gòu)有一定的相似性，因此一定的相似性，因此PVAPVA可以方便地與淀粉、再生纖可以方便地與淀粉、再生纖維素等共混以改善它們的物理機(jī)械性能，從而制備出維素等共混以改善它們的物理機(jī)械性能，從而制備出可完全生物降解的材料。淀粉和聚乙烯可完全生物降解的材料。淀粉和聚乙烯- -乙烯醇共混物

20、乙烯醇共混物有著良好的機(jī)械性能，其加工性能可與聚苯乙烯（有著良好的機(jī)械性能，其加工性能可與聚苯乙烯（PSPS）以及線性低密度聚乙烯相媲美，但主要缺陷是對(duì)低濕以及線性低密度聚乙烯相媲美，但主要缺陷是對(duì)低濕條件敏感，易脆化。條件敏感，易脆化。填充型填充型淀粉塑料或淀粉塑料或崩潰型崩潰型塑料，是以顆粒狀淀粉為原塑料，是以顆粒狀淀粉為原料，以非偶聯(lián)方式與聚烯烴結(jié)合，添加量不超過料，以非偶聯(lián)方式與聚烯烴結(jié)合，添加量不超過3030，3232淀粉基生物降解塑料的發(fā)展歷程淀粉基生物降解塑料的發(fā)展歷程 第一代第一代 7%30% 7%30%淀粉與聚烯烴（如淀粉與聚烯烴（如PEPE，PPPP）共混物，）共混物，淀粉

21、降解后留下一個(gè)多孔聚合物不能在降解。淀粉降解后留下一個(gè)多孔聚合物不能在降解。 第二代第二代50%50%的淀粉以連續(xù)相存在，與親水性聚合物的淀粉以連續(xù)相存在，與親水性聚合物進(jìn)行活性共混、產(chǎn)生較強(qiáng)的物理和化學(xué)作用，有較好的生進(jìn)行活性共混、產(chǎn)生較強(qiáng)的物理和化學(xué)作用，有較好的生物降解性，力學(xué)性能介于物降解性，力學(xué)性能介于LDPELDPE和和HDPEHDPE之間。之間。 第三代第三代熱塑料淀粉熱塑料淀粉(TPS)(TPS)、天然淀粉、高直鏈淀粉或支、天然淀粉、高直鏈淀粉或支鏈淀粉直接擠塑或注塑得到的全淀粉塑料。鏈淀粉直接擠塑或注塑得到的全淀粉塑料。3333淀粉基生物降解塑料制品淀粉基生物降解塑料制品34

22、34加工光合作用降解纖維素作為纖維素作為可可再生自然資源，具有可持續(xù)性發(fā)展的特點(diǎn)再生自然資源，具有可持續(xù)性發(fā)展的特點(diǎn)；所制得的纖維素纖維產(chǎn)品，具有優(yōu)良的特性，對(duì)人體友好。所制得的纖維素纖維產(chǎn)品，具有優(yōu)良的特性，對(duì)人體友好。纖維素纖維纖維素纖維2007200820092010147150170191我國(guó)粘膠短纖近年來產(chǎn)量情況單位：萬噸3535特點(diǎn)溶解能力強(qiáng)，溶解成本較低，工藝流程簡(jiǎn)單，無毒，環(huán)境友好低溫預(yù)冷512尿素堿溶解過濾、脫泡洗滌、漂白上油、干燥纖維廢水、廢液漿粕紡絲低溫堿/尿素體系工藝流程我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)武漢大學(xué)，張俐娜院士纖維素制備纖維新工藝?yán)w維素制備纖維新工藝3636PLA PL

23、A 即聚乳酸分子即聚乳酸分子 結(jié)構(gòu)式如下：結(jié)構(gòu)式如下： 其單體乳酸分子中的其單體乳酸分子中的 碳原碳原子，是一個(gè)手性碳原子，具子，是一個(gè)手性碳原子，具有旋光活性，分為有旋光活性，分為D-D-乳酸、乳酸、L-L-乳酸及乳酸及DL-DL-乳酸，其中具乳酸，其中具有應(yīng)用價(jià)值的是有應(yīng)用價(jià)值的是L-L-乳酸。乳酸。 L-L-乳酸經(jīng)聚合可生成乳酸經(jīng)聚合可生成直鏈狀直鏈狀的聚乳酸的聚乳酸(PLA)(PLA)。 聚乳酸聚乳酸3737 PLA PLA的生物降解性的生物降解性聚乳酸是聚乳酸是無毒的高分子化合物無毒的高分子化合物，與石油化學(xué)合成樹，與石油化學(xué)合成樹脂相比，具有脂相比，具有良好的生物相容性良好的生物相

24、容性、可降解性可降解性、機(jī)械機(jī)械物理性能物理性能。 研究表明，研究表明，聚乳酸使用后埋在土壤中聚乳酸使用后埋在土壤中6 61212個(gè)月即個(gè)月即能被自然界中微生物完全降解能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境。和水，不污染環(huán)境。 3838聚乳酸的產(chǎn)業(yè)循環(huán)聚乳酸的產(chǎn)業(yè)循環(huán)3939 聚乳酸的生物化學(xué)合成聚乳酸的生物化學(xué)合成 開環(huán)聚合法開環(huán)聚合法 開環(huán)聚合法開環(huán)聚合法首先由首先由乳酸脫水乳酸脫水縮合成縮合成丙交酯丙交酯，再由再由丙交酯開環(huán)聚合制備聚乳酸丙交酯開環(huán)聚合制備聚乳酸，如下：，如下： 該法缺點(diǎn)：該法缺點(diǎn)： 工藝路線長(zhǎng)且復(fù)雜工藝路線長(zhǎng)且復(fù)雜、價(jià)格較貴價(jià)格較

25、貴，在常見的使，在常見的使用方面，難與通用塑料競(jìng)爭(zhēng)。用方面，難與通用塑料競(jìng)爭(zhēng)。4040直接縮聚法直接縮聚法直接縮聚法直接縮聚法 通過通過乳酸分子間脫水乳酸分子間脫水、酯化酯化、逐步縮合聚合成聚逐步縮合聚合成聚乳酸乳酸。 要想要想獲得高分子量的聚乳酸獲得高分子量的聚乳酸，水分的脫出及抑制水分的脫出及抑制聚合物的降解是直接法的關(guān)鍵聚合物的降解是直接法的關(guān)鍵。 聚乳酸直接縮聚合成方法聚乳酸直接縮聚合成方法 主要可分為主要可分為溶液聚合溶液聚合和和熔融聚合熔融聚合。4141聚乳酸的改性研究聚乳酸的改性研究為什么要對(duì)為什么要對(duì)PLAPLA進(jìn)行改性？進(jìn)行改性？ PLAPLA質(zhì)硬、韌性差、缺乏柔性和彈性，極

26、易彎曲變形；質(zhì)硬、韌性差、缺乏柔性和彈性，極易彎曲變形； 結(jié)晶度較高、降解速度不易控制；結(jié)晶度較高、降解速度不易控制；不含反應(yīng)功能基和親水基團(tuán)，不能通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)功不含反應(yīng)功能基和親水基團(tuán)，不能通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。能擴(kuò)展。 PLA改性方法改性方法分為分為化學(xué)改性化學(xué)改性和和物理改性物理改性。 化學(xué)改性化學(xué)改性包括包括共聚、交聯(lián)、表面修飾共聚、交聯(lián)、表面修飾等，主要是通等，主要是通過過改變聚合物大分子或表面結(jié)構(gòu)改變聚合物大分子或表面結(jié)構(gòu)改善其脆性、疏水性及改善其脆性、疏水性及降解速率降解速率等等; ; 物理改性物理改性主要是主要是通過共混、增塑及纖維復(fù)合通過共混、增塑及纖維復(fù)合等方法等方

27、法實(shí)現(xiàn)對(duì)聚乳酸的改性。實(shí)現(xiàn)對(duì)聚乳酸的改性。4242聚乳酸的物理改性聚乳酸的物理改性共混改性共混改性 將兩種或兩種以上的聚合物進(jìn)行混合，通過聚合物各聚合物各組分性能的復(fù)合來達(dá)到改性的目的。組分性能的復(fù)合來達(dá)到改性的目的。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 共混物除具有各組分固有的優(yōu)良性能外，還由于組分由于組分間某種協(xié)同效應(yīng)呈現(xiàn)新的效應(yīng)間某種協(xié)同效應(yīng)呈現(xiàn)新的效應(yīng)。 4343增塑改性增塑改性 是在高聚物中混溶一定量的高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的低分混溶一定量的高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的低分子量物質(zhì)子量物質(zhì)，從而改善其機(jī)械性能與加工性能改善其機(jī)械性能與加工性能。例子例子 往干燥后的高分子量PLA中添加增塑劑添加增塑劑混勻注射成樣，該材料彈性

28、高、透明度好、斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)彈性高、透明度好、斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)412%。 甘油三乙酸脂甘油三乙酸脂和檸檬酸三丁脂檸檬酸三丁脂的增塑效果比較明顯增塑效果比較明顯。PLA玻漓化轉(zhuǎn)變溫度隨著增塑劑濃度的提高呈線性降低。增塑玻漓化轉(zhuǎn)變溫度隨著增塑劑濃度的提高呈線性降低。增塑劑分子量越低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低劑分子量越低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低。4444與納米材料復(fù)合改性與納米材料復(fù)合改性羥羥基磷灰石基磷灰石(HA)是人體骨骼的基本成分，具有極好的生物活性，是公認(rèn)的在硬或軟體組織連接中起關(guān)鍵作用的物質(zhì)，它能與膠原蛋白和細(xì)胞緊密結(jié)合，引導(dǎo)骨的生長(zhǎng)。HAHA的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)：缺乏機(jī)械強(qiáng)度，特別是在張力方面，脆缺乏機(jī)械

29、強(qiáng)度，特別是在張力方面，脆性大、強(qiáng)度較低、易斷裂性大、強(qiáng)度較低、易斷裂。納米羥基磷灰石納米羥基磷灰石(HA)經(jīng)超聲振蕩直接分散于經(jīng)超聲振蕩直接分散于PLA溶溶液中液中，由TIPS(Thermally Induced Phase Separation)工藝制備的PLA/HA復(fù)合材料，具有良好的界面黏結(jié)效良好的界面黏結(jié)效果和分散性果和分散性，材料的綜合性能得到提高綜合性能得到提高，有望作為骨組織工程中的支架材料。4545聚乳酸的化學(xué)改性聚乳酸的化學(xué)改性1. 共聚改性（共聚改性（嵌段共聚嵌段共聚和和接枝共聚接枝共聚） 是是通過調(diào)節(jié)乳酸和其他單體的比例來改變聚合物的性通過調(diào)節(jié)乳酸和其他單體的比例來改變

30、聚合物的性能。能。均聚的均聚的PLA為疏水性物質(zhì)，降解周期難控制，通過與為疏水性物質(zhì)，降解周期難控制，通過與其他單體共聚可改善材料的疏水性、結(jié)晶性等，聚合物的其他單體共聚可改善材料的疏水性、結(jié)晶性等，聚合物的降解速率可根據(jù)共聚物的分子量、共聚單體種類及配比等降解速率可根據(jù)共聚物的分子量、共聚單體種類及配比等加以控制。加以控制。 聚乳酸共聚改性是提高其性能的最有效方法聚乳酸共聚改性是提高其性能的最有效方法。通過共。通過共聚，聚，L-PLA大分子鏈的規(guī)整度下降、結(jié)晶度降低，柔性和大分子鏈的規(guī)整度下降、結(jié)晶度降低，柔性和彈性提高，力學(xué)性能和反應(yīng)功能性得到有效提高，降解周彈性提高，力學(xué)性能和反應(yīng)功能性

31、得到有效提高，降解周期和親水親脂性得到調(diào)整期和親水親脂性得到調(diào)整。 聚乳酸的共聚改性物聚乳酸的共聚改性物可以是可以是生物降解類材料生物降解類材料如乙交酯、如乙交酯、己內(nèi)酯、氨基酸等，也可以己內(nèi)酯、氨基酸等，也可以是非生物降解類材料是非生物降解類材料如聚甲基如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯、聚酰亞胺等。丙烯酸甲酯、聚丁二烯、聚酰亞胺等。 4646Double and Single Network Phases in Polystyrene-Double and Single Network Phases in Polystyrene-blockblock-poly(-poly(l l-lactide) Diblock -lactide) Diblock CopolymersCopolymers4747聚乳酸球晶光學(xué)性質(zhì)聚乳酸球晶光學(xué)性質(zhì)4848 直接酯化直接酯化- -脫二元醇反應(yīng)脫二元醇反應(yīng)酯交換反應(yīng)酯交換反應(yīng) 以二元酸二甲酯或二乙酯與等當(dāng)量的二元醇，經(jīng)高溫、高真空度脫甲以二元酸二甲酯或二乙酯與等當(dāng)量的二元醇，經(jīng)高溫、高真空度脫甲醇或乙醇，得到聚酯