可生物降解聚乳酸复合材料
生物可降解材料聚乳酸的制备改性及应用汇总
生物可降解材料聚乳酸的制备改性及应用摘要：聚乳酸（PLA）是人工合成的可生物降解的的热塑性脂肪族聚酯，其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。
本文主要介绍了聚乳酸的合成、改性及其在各个领域的应用。
关键词：聚乳酸；生物降解；合成；应用随着大量高分子材料在各个领域的应用，废弃高分子材料对环境的污染有着日益加剧的趋势。
处理高分子材料的一些老套方法如焚烧、掩埋、熔融共混挤出法、回收利用等都存在缺陷并有一定的局限性，给环境带来严重的负荷，因此开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要途径。
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（polylactide简称PLA)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]。
此外聚乳酸及其共聚物是一种具有优良的生物相容性的合成高分子材料。
它具有无毒、无刺激性、强度高、可塑性强、易加工成型等特点，因而被认为是最有前途的生物可降解高分子材料[2]。
利用其可降解性，也可用作生物医用材料如组织支架、外科手术缝合线、专业包装、外科固定等。
1 生物降解机理[3，4]生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、简单水解或酶反应，以及其他有机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。
高分子材料的生物降解过程可分为4个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。
微生物首先向体外分泌水解酶，与可生物降解材料表面结合，通过水解切断这些材料表面的高分子链，生成低相对分子质量的化合物（有机酸、糖等)，然后，降解的生成物被微生物摄入体内，合成为微生物体物或转化为微生物活动能量，在耗氧条件下转化为CO2，完成生物降解的全过程。
材料的结构是决定其是否可生物降解的根本因素。
合成高分子多为憎水性的，一般不能生物降解，只有能保持一定湿度的材料才有可能生物降解。
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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]。
木粉_聚乳酸可降解复合材料性能研究
文章编号 :1001-9731(2014 05-05037-04木粉 /聚乳酸可降解复合材料性能研究 *宋丽贤 , 姚妮娜 , 宋英泽 , 丁涌 , 杨松(西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室 -省部共建国家重点实验室培育基地 , 四川绵阳 621010摘要 :用生物可降解材料聚乳酸 (P L A 和桉木粉 (W F 为原料 , 制备木粉 /聚乳酸 (W F /P L A 复合材料 , 为实现木塑复合材料完全生物降解提供新思路。
采用傅立叶变换红外光谱仪 (F T -I R 、扫描电子显微镜 (S E M 、同步热分析仪 (T G /D S C 及电子万能试验机研究了改性前后木粉的红外结构 , W F /P L A 复合材料的微观形貌、热性能和结晶性能以及其力学性能。
结果表明 , 偶联剂 K H -570的烷基结构成功接枝到了木粉表面 ; 改性后的木粉在聚乳酸基体中分散均匀 ; 木粉的添加有利于 W F /P L A 复合材料异相成核结晶和热稳定性的提高 ; 木粉对 P L A 起到增强作用 , 当木粉填量为50%(质量分数时 , W F /P L A 复合材料的拉伸强度最大 , 值为 29. 9M P a , 比纯 P L A 提高了 10M P a , 木粉填量为 30%(质量分数时 , W F /P L A 复合材料的弯曲强度最大 , 值为 43. 2M P a , 比纯 P L A 提高了 7. 3 M P a 。
关键词 :聚乳酸 ; 木粉 ; 复合材料 ; 力学性能 ; 微观形貌中图分类号 : T Q 327. 8文献标识码 :A D O I :10. 3969/j . i s s n . 1001-9731. 2014. 05. 0081引言木塑复合材料因其兼具原木材料和高分子材料的优点而得以飞速发展 , 在航天、汽车内饰、建筑结构材料、物流、园林、室内装潢等方面得到极为广泛的应用 [1-2]。
聚乳酸(PLA)生物可降解材料全
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6 聚乳酸材料的发展前景
2024/8/27
简而言之：发展前景广阔
国内 追求 国外
环保 绿色 可再生 低能耗 可持续
PLA
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2024/8/27
开环聚合法
首先由乳酸脱水缩合成环状丙交酯，再在引发剂存在下丙 交酯开环聚合成聚乳酸，如下：
开环聚合法是制备高分子量PLA的一个重要途径，可以制 备分子量高达70到100万的PLA。
缺点：工艺路线长且复杂、价格昂贵。
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3 聚乳酸材料的合成
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直接缩聚法
在高温条件下乳酸分子中的羟基和羧基发生酯化反应，逐 步缩合聚合成聚乳酸。其反应过程可简单表示如下：
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PLA改性方法
分为化学改性和物理改性。 化学改性包括共聚、交联、表面修饰等，主要是通过改 变聚合物大分子或表面结构改善其脆性、疏水性及降解速率 等; 物理改性主要是通过共混、增塑及纤维复合等方法实现 对聚乳酸的改性。
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6 聚乳酸材料的发展前景
2024/8/27
随着生物医学和材料学的进一步结合，聚乳酸及其共聚物在生 物医学领域的研究和应用将会越来越广泛深入。
要想获得高分子量的聚乳酸，水分的脱出及抑制聚合物的 降解是关键。
聚乳酸直接缩聚合成方法主要分为溶液聚合和熔融聚合。
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4 聚乳酸材料的应用
2024/8/27
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4 聚乳酸材料的应用
2024/8/27
聚乳酸人造皮肤 聚乳酸导管支架
聚乳酸包装袋
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5 聚乳酸材料的不足及改性
聚乳酸材料的不足
a) PLA脆性大、抗冲击力差、缺乏柔性和弹性； b) 结晶度不高、降解速度不易控制； c) 含有很多酯基，亲水性差。
生物降解聚乳酸共混复合材料的研究进展
生物降解聚乳酸共混复合材料的研究进展摘要：聚乳酸（PLA）是具有生物相容性和生物相容性的高分子材料，一般是由乳酸直接缩聚或丙交酯间接开环聚合成的脂肪族聚酯。
但由于本身的疏水性、脆性及韧性差、降解周期难以控制和合成成本高等缺点，限制了PLA的大范围应用及生产，故需要各种无机、有机材料对其共混改性。
合成可完全生物降解的聚乳酸共混复合材料，成为目前的研究热点。
本文介绍了近几年的PLA共混复合材料，并综述了其研究进展及对其进行了未来的展望。
关键词：聚乳酸共混复合可生物降解目前，全世界塑料年产量已经超过２亿ｔ，相应的塑料废弃物也逐年增加，严重污染环境。
减少废塑料污染的方法之一是使用在自然界无论生物体内外都可以自然降解，不会造成环境污染的生物降解材料。
聚乳酸就是一种可生物降解材料。
聚乳酸的熔点为178℃，玻璃化温度为59℃，透明性与PS（聚苯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）相似，为一种燃烧热小的结晶聚合物，具有较好的结晶性能及与PET相近的拉伸强度与弹性。
由于聚乳酸侧链上含有甲基，因此疏水性强，加水分解速度相对较慢。
聚乳酸双向拉伸后透光率为94%，具有优良的表面光泽性和透明性，很高的刚性，良好的低温热封性、抗油性和耐润滑侵蚀性。
[2]但是，由于PLA树脂的结晶速率慢，制品收缩率大，本身质脆等缺点，应用受到限制。
利用各种无机或有机材料对其进行共混改性，可以扩展PLA的应用范围。
本文介绍的是可生物降解PLA共混体系，主要包括PLA/无机填料体系、PLA/有机填料体系、PLA/生物降解高分子合金等三大类。
1、含无机填料的PLA基复合体系1、1PLA/磷酸盐类无机钙质复合材料[3]与PLA进行共混改性的磷酸盐类无机钙质材料，主要有羟基磷灰石(HA)，磷酸三钙( TCP)和聚磷酸钙纤维(CPPF)三种。
HA是人体骨骼的基本成分，具有极好的生物活性。
但是，HA缺乏力学强度，需要与PLA进行复合提高其力学性能[3]。
聚乳酸(PLA)生物可降解材料资料
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聚乳酸降解概述
❖ 由于乳酸具有旋光性,因此对应的聚乳酸有三种:PDLA、 PLLA、PDLLA(消旋) 。
聚乳酸降解因素
(4)立构规整性的影响：
在碱性条件下， 降解速率为PDLA (PLLA)<P (LDL)A<PDLLA PDLLA 由于甲基处于间同立构或无规立构状态， 对水的吸收
速度较快， 因此降解较快； 而对PLLA及PDLA来说水解分为2个阶 段：第一阶段，水分子扩散进入无定型区，然后发生水解；第二阶段 是晶区的水解，相对来说较为缓慢。 （5)酶
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聚乳酸生物可降解材料
目录
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2021/4/21
1 生物可降解材料概况
2021/4/21
生物降解材料是20世纪80年代后随着环境、能源等矛盾的凸 显而发展起来的新型材料，作为一种可自然降解的材料，在环 保方面起到了独特的作用，其研究和开发已得到迅速发展，作 为解决“白色污染”最为有效的途径，已引起环境专家、材料 学家及更多领域人士的关注。
聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解产生)对其水解起催化作用， 随着降解的进行， 端羧基量增加， 降解速率加快， 从而产生自 催化现象 。
内部降解快于表面降解， 这归因于具端羧基的降解产物滞留于 样品内，产生自加速效应 。
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PLA的体内降解
❖ 随着降解进行，材料内部会有越来越多的羧基加速内部材 料的降解，进一步增大内外差异。当内部材料完全转变成 可溶性齐聚物并溶解在水性介质中时，就会形成表面由没 有完全降解的高聚物组成的中空结构。进一步降解才使低 聚物水解为小分子，最后溶解在水性介质中。整个溶蚀过 程是由不溶于水的固体变成水溶性物质。
聚乳酸材料介绍
聚乳酸材料介绍聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，其化学名称为聚乳酸酯（PLA），是由乳酸分子经过聚合反应而成。
它具有优异的物理、化学和机械性能，同时还具有良好的生物相容性和可降解性，被广泛应用于医疗、食品包装、纺织等领域。
聚乳酸材料的物理性质聚乳酸是一种无色透明的高分子材料，在常温下为固体。
它的密度约为1.25 g/cm³，熔点在165-175℃之间。
聚乳酸具有良好的耐热性和耐候性，在高温下也不易变形或变色。
此外，它还具有一定的透光性和柔软性。
聚乳酸材料的化学性质聚乳酸是一种相对稳定的高分子材料，在常规条件下不会发生明显的化学反应。
但在强碱或强酸环境下，聚乳酸会发生水解反应，并最终分解成二氧化碳和水。
这使得它成为一种非常环保的材料，可以有效地减少对环境的污染。
聚乳酸材料的机械性能聚乳酸具有较高的强度和硬度，可以用于制造各种机械零件和工业用品。
它还具有良好的抗拉伸性、弯曲性和冲击性能，在一定程度上可以代替一些传统材料。
此外，聚乳酸还具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，可用于制造化学容器、医疗器械等。
聚乳酸材料的生物相容性由于聚乳酸是一种天然产物，因此它具有良好的生物相容性。
在人体内分解时，它会被分解成二氧化碳和水，并被人体代谢掉。
这使得聚乳酸成为一种理想的医疗材料，在制造缝合线、支架、修复组织等方面应用广泛。
聚乳酸材料的可降解性聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，在自然界中会被微生物分解成二氧化碳和水。
这使得它成为一种环保的材料，可以有效地减少对环境的污染。
此外，聚乳酸还可以通过物理方法（如加热）或化学方法（如水解）来分解，从而实现回收再利用。
聚乳酸材料的应用由于聚乳酸具有良好的物理、化学和机械性能，以及优异的生物相容性和可降解性，因此被广泛应用于医疗、食品包装、纺织等领域。
在医疗领域中，聚乳酸被广泛用于制造缝合线、支架、修复组织等医疗器械。
它具有良好的生物相容性和可降解性，在人体内不会产生任何不良反应。
《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、引言随着环保意识的日益增强和可持续发展理念的深入人心，生物基材料的研究与应用日益受到重视。
聚乳酸（PLA）作为一种可生物降解的聚合物，具有良好的生物相容性和可加工性，被广泛应用于医疗、包装、农业等领域。
然而，为了进一步提高聚乳酸的性能，满足不同领域的应用需求，研究者们开始探索将纳米技术与聚乳酸相结合，制备出聚乳酸纳米复合材料。
本文将重点研究聚乳酸纳米复合材料的制备方法及其性能。
二、聚乳酸纳米复合材料的制备1. 材料选择与准备制备聚乳酸纳米复合材料所需的主要材料包括聚乳酸、纳米填料以及其他添加剂。
纳米填料的选择对复合材料的性能具有重要影响，常用的纳米填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米纤维素等。
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、溶液共混法等。
本文采用熔融共混法，将聚乳酸与纳米填料在高温下进行熔融共混，制备出聚乳酸纳米复合材料。
三、聚乳酸纳米复合材料的性能研究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，加入适量的纳米填料可以提高聚乳酸纳米复合材料的拉伸强度、冲击强度和硬度。
2. 热性能利用差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TGA）等设备，研究聚乳酸纳米复合材料的热性能。
实验结果表明，纳米填料的加入可以提高聚乳酸纳米复合材料的热稳定性和玻璃化转变温度。
3. 生物相容性通过细胞培养、生物降解试验等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的生物相容性。
实验结果表明，聚乳酸纳米复合材料具有良好的生物相容性，可应用于医疗领域。
四、结论本文采用熔融共混法制备了聚乳酸纳米复合材料，并通过实验研究了其力学性能、热性能和生物相容性。
实验结果表明，加入适量的纳米填料可以提高聚乳酸纳米复合材料的各项性能。
聚乳酸纳米复合材料具有良好的应用前景，可广泛应用于医疗、包装、农业等领域。
未来，研究者们将继续探索更多种类的纳米填料和制备方法，以进一步提高聚乳酸纳米复合材料的性能和应用范围。
聚乳酸生物降解的研究进展
聚乳酸生物降解的研究进展一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，特别是塑料废弃物对环境的污染问题，生物降解材料的研究与应用越来越受到人们的关注。
聚乳酸（PLA）作为一种重要的生物降解材料，因其良好的生物相容性、可加工性和环保性，在包装、医疗、农业等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在综述聚乳酸生物降解的研究进展，包括其生物降解机制、影响因素、改性方法以及应用现状，以期为聚乳酸的进一步研究和应用提供参考。
本文首先介绍了聚乳酸的基本性质，包括其分子结构、合成方法以及主要性能。
接着，重点分析了聚乳酸的生物降解机制，包括酶解、微生物降解和动物体降解等过程，并探讨了影响聚乳酸生物降解的主要因素，如结晶度、分子量、添加剂等。
在此基础上，本文综述了聚乳酸的改性方法，包括共聚、共混、填充和表面改性等，以提高其生物降解性能和机械性能。
本文总结了聚乳酸在包装、医疗、农业等领域的应用现状，并展望了其未来的发展趋势。
通过本文的综述，旨在为聚乳酸生物降解的研究与应用提供有益的参考，同时为推动生物降解材料的发展贡献一份力量。
二、聚乳酸的生物降解机理聚乳酸（PLA）的生物降解主要依赖于微生物的作用，这些微生物包括细菌和真菌，它们能够分泌特定的酶来降解PLA。
生物降解过程通常包括两个主要步骤：首先是微生物对PLA表面的附着和酶的产生，然后是酶对PLA的催化水解。
在降解过程中，微生物首先通过其细胞壁上的特定受体识别并附着在PLA表面。
随后，微生物开始分泌能够降解PLA的酶，这些酶主要包括聚乳酸解聚酶和酯酶。
聚乳酸解聚酶能够直接作用于PLA的酯键，将其水解为乳酸单体；而酯酶则能够水解PLA链末端的乳酸单体。
水解产生的乳酸单体可以被微生物进一步利用，通过三羧酸循环等途径转化为二氧化碳和水，或者用于微生物自身的生长和代谢。
这个过程中，微生物扮演了关键的角色，它们不仅能够降解PLA，还能够将降解产生的乳酸完全矿化为无害的物质。
值得注意的是，PLA的生物降解速率受到多种因素的影响，包括PLA的分子量、结晶度、形态、微生物的种类和活性、环境温度和湿度等。
《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、引言随着科技的不断进步，聚乳酸（PLA）作为一种可生物降解的聚合物材料，在环保和可持续性方面得到了广泛的关注。
而纳米复合材料以其优异的物理和化学性能，为聚乳酸的改进提供了新的可能。
本文旨在研究聚乳酸纳米复合材料的制备方法及其性能表现，以期为该领域的研究和应用提供参考。
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二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米粘土等。
本文选择纳米二氧化硅作为主要研究对象。
2. 制备方法制备聚乳酸纳米复合材料，主要采用熔融共混法。
该方法通过将聚乳酸与纳米填料在高温下熔融共混，使纳米填料均匀地分散在聚乳酸基体中，从而得到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和冲击试验，对聚乳酸纳米复合材料的力学性能进行了研究。
实验结果表明，添加纳米二氧化硅后，聚乳酸纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度均有所提高。
这主要是由于纳米填料的加入，增强了聚乳酸基体的分子间作用力，提高了材料的力学性能。
2. 热稳定性通过热重分析（TGA）实验，对聚乳酸纳米复合材料的热稳定性进行了研究。
实验结果表明，添加纳米二氧化硅后，聚乳酸纳米复合材料的热稳定性得到了显著提高。
这主要是因为纳米填料的加入，提高了材料的热传导性能，降低了材料的热分解速率。
3. 生物降解性虽然聚乳酸本身具有良好的生物降解性，但纳米复合材料的生物降解性仍需进行研究。
通过实验发现，聚乳酸纳米复合材料在特定条件下的生物降解性与纯聚乳酸相比，并未发生明显变化。
这表明纳米填料的加入并未对聚乳酸的生物降解性产生负面影响。
四、结论本文研究了聚乳酸纳米复合材料的制备方法和性能表现。
实验结果表明，通过熔融共混法将纳米二氧化硅与聚乳酸共混，可以成功制备出聚乳酸纳米复合材料。
该材料在力学性能和热稳定性方面得到了显著提高，而生物降解性未受影响。
聚乳酸复合材料
效果：柔性提高，玻璃化温度降低明显， 弹性模量下降，断裂伸长率提高，即在一 定程度上韧性增加，生物相容性提高。
共聚改性
背景：均聚PLA为疏水性物质、降解周期难控制 刚性大、难以加工
定义：通过调节乳酸和其他单体的比例来改变聚 合物的性能
例：
FeiJen合成了乳酸与带保护基的L-天冬氨酸、 L-赖氨酸、L-半胱氨酸和L-甘氨酸 的二聚体。 Ohya合成了羟基乙酸与带保护基的L-天冬 氨酸、L-赖氨酸、L-半胱氨酸的二聚体。
骨科固定及组织修复材料
人工合成载体
在修复骨缺损方面，PLGA-MS释放 系统结合生物活性骨诱导蛋白,作为 骨组织工程的生物材料具有重要的 应用意义
机理：
骨形成蛋白(BMP)可诱导未分化 间充质细胞不可逆地分化为软 骨细胞的成骨细胞,为骨缺损修 复重建的重要生长因子。而单 纯的BMP在机体内会发生流失、 降解和吸收,故不能有效地发挥 其骨诱导作用。
聚乳酸及聚乙二醇改性聚乳酸IR谱图
聚乳酸及聚乙二醇改性聚乳酸DSC谱图
聚乳酸及聚乙二醇改性聚乳酸的接触角和吸水率
共混改性
共混改性：将两种或两种以上的聚合物进行混 合，通过聚合物各组分性能的复合达到改性目 的
按共混组分生物降解性分：
完全生物降解体系
PLA完全生物降解共混体系 PLA／PHA共混体系 PLA／PCL共混体系 PLA／PEO共混体系 PLA／PVP共混体系 PLA／淀粉共混体系
Morita合成了羟基乙酸与带保护基的L-丝氨 酸的二聚体。
聚乙二醇改性聚乳酸共聚物
PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物由精制的丙交酯与 聚乙二醇本体聚合而得，以辛酸亚锡为催化剂， 共聚产物用丙酮溶解，蒸馏水中沉淀纯化
聚合温度、时间、聚乙二醇摩尔含量、聚乙二醇链段长度等对共聚物 分子量都有影响
《生物可降解聚乳酸-PBST-壳聚糖-银复合膜的制备及性能研究》范文
《生物可降解聚乳酸-PBST-壳聚糖-银复合膜的制备及性能研究》篇一生物可降解聚乳酸-PBST-壳聚糖-银复合膜的制备及性能研究一、引言随着人类对环境保护意识的日益增强，生物可降解材料的研究与应用逐渐成为科研领域的热点。
其中，聚乳酸（PLA）、PBST（聚丁二酸丁二酯-共聚物）、壳聚糖（Chitosan）以及银等材料因其良好的生物相容性和可降解性，在生物医学、包装材料等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究生物可降解的聚乳酸/PBST/壳聚糖/银复合膜的制备方法及其性能。
二、材料与方法1. 材料准备本研究所用材料包括聚乳酸、PBST、壳聚糖、银盐等。
所有材料均经过纯化处理，以保证其纯净度和性能。
2. 制备方法（1）将聚乳酸、PBST按照一定比例混合，通过熔融共混法制备基础膜；（2）将壳聚糖与银盐溶液混合，制备成壳聚糖-银纳米复合材料；（3）将步骤（2）制备的纳米复合材料与基础膜进行共混，制备出生物可降解的复合膜。
3. 性能测试对所制备的复合膜进行拉伸强度、断裂伸长率、透光率、吸水率、抗菌性能等测试，以评估其性能。
三、实验结果与分析1. 制备结果通过熔融共混法成功制备了基础膜，并与壳聚糖-银纳米复合材料进行了共混，得到生物可降解的复合膜。
2. 性能分析（1）拉伸强度与断裂伸长率：复合膜的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高，表明其具有良好的力学性能；（2）透光率：复合膜的透光率较高，满足一定的光学要求；（3）吸水率：复合膜的吸水率适中，保证了其在一定湿度环境下的稳定性；（4）抗菌性能：通过对常见细菌进行抗菌测试，发现复合膜具有良好的抗菌性能，可有效抑制细菌生长。
四、讨论本研究成功制备了生物可降解的聚乳酸/PBST/壳聚糖/银复合膜，其性能得到了显著提升。
其中，聚乳酸和PBST的共混为膜提供了良好的力学性能和可降解性；壳聚糖和银的加入进一步提高了膜的抗菌性能和稳定性。
此外，该复合膜在生物医学、包装材料等领域具有广泛的应用前景。
生物降解聚乳酸材料制备及其生物活性评估
生物降解聚乳酸材料制备及其生物活性评估聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）是一种由可再生资源制造的生物降解聚合物，由乳酸（lactic acid）聚合而成。
它具有良好的生物可降解性和生物相容性，广泛应用于医疗、食品包装、农业等领域。
在近年来的研究中，人们已经开始研究如何制备生物降解聚乳酸材料以及如何评估其生物活性。
首先，聚乳酸材料的制备方法包括化学合成法、发酵法和物理混合法等。
化学合成法是一种常用的制备方法，通过聚乳酸的缩聚反应或聚合反应来合成聚乳酸材料。
发酵法是一种利用微生物发酵生产聚乳酸的方法，通过发酵过程中微生物对底物进行代谢来合成聚乳酸。
物理混合法则是将聚乳酸与其他材料进行物理混合来制备聚乳酸复合材料。
在制备聚乳酸材料的过程中，需要考虑到制备条件对材料性能的影响。
例如，聚乳酸的分子量对材料的熔体流动性、热稳定性和物理力学性能等都有影响。
控制聚乳酸的分子量可以通过调整反应物的比例、催化剂的用量以及反应温度和时间等参数来实现。
此外，合适的溶剂选择也对聚乳酸材料的制备具有重要影响。
在生物降解聚乳酸材料的生物活性评估中，主要关注其降解性能和生物相容性。
降解性能是指聚乳酸材料在自然环境中被微生物或酶降解的能力。
一般来说，聚乳酸材料的降解速度受到多种因素的影响，包括材料的晶化程度、分子量、结晶度以及外界环境等。
生物相容性是指聚乳酸材料与生物体接触时不会产生毒性或引发免疫反应的能力。
在评估生物相容性时，常采用细胞毒性试验、动物实验以及体外溶出试验等方法进行。
尽管聚乳酸材料具有良好的生物降解性和生物相容性，但在实际应用中仍然存在一些挑战。
首先，聚乳酸材料在降解过程中会产生有机酸等物质，可能对环境产生一定的影响。
其次，聚乳酸材料的机械性能较差，且易受湿热条件下的降解影响，限制了其在某些领域的应用。
因此，研究人员正在努力改进聚乳酸材料的性能，例如通过添加填料、改变结晶形态等方式来提高材料的热稳定性和机械性能。
聚乳酸(PLA)生物可降解材料
良好的透明性和光泽度
PLA具有与传统的石油基塑料相似的 透明性和光泽度，可用于制造需要透 明度的产品。
PLA材料的用途
包装材料
PLA可制成一次性餐具、塑料袋等包装材料， 替代传统的石油基塑料。
3D打印材料
PLA是3D打印领域常用的材料之一，可用于 制造各种定制产品。
医疗领域
PLA可用于制造医疗用品，如手术缝合线、 药物载体等。
水解反应使PLA分子链断裂成较小的分子片段， 氧化反应则使PLA分子链上的碳碳键断裂。
随后，微生物如细菌、真菌等开始利用这些小 分子片段进行生长和繁殖，进一步降解PLA材 料。
影响PLA材料生物降解的因素
环境温度和湿度
较高的温度和湿度有利于PLA材料的生物降 解。
PLA材料的结构和性质
PLA材料的分子量、结晶度、添加剂等都会 影响其生物降解性能。
PLA是一种热塑性聚合物，具有与传 统的石油基塑料相似的加工性能和物 理性质。
PLA材料的特性
可完全生物降解
PLA在自然环境中可被微生物分解为 水和二氧化碳，具有良好的环保特性。
良好的加工性能
PLA具有良好的热塑性，可采用传统 的塑料加工技术进行成型加工，如注 塑、吹塑、挤出等。
良好的机械性能
PLA具有较高的拉伸强度、弯曲模量 和冲击强度，可满足各种应用需求。
PLA的降解速度过快，导致其性能不稳定，容易在正常使 用过程中出现损坏。
01
降解速度过慢
PLA的降解速度过慢，导致其难以在短 时间内完全分解，对环境造成一定的负 担。
02
03
降解条件控制
需要控制PLA的降解条件，以确保其在 适当的条件下进行分解，同时保持良 好的性能和稳定性。
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PLA/玉米淀粉共混复合材料
PLA/淀粉共混物的研究重点在于寻找合适的反应型及非反应 型增容剂第三组分以有效提高二者之间的界面结合力。 选用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、聚己内酯（PCL）、 聚乙烯醇（PVOH）、增塑剂（柠檬酸酯类、醋酸甘油酯、 低聚聚乳酸、低聚聚乙二醇、丙三醇）等作为第三组分，研 究单组分及多组分复合助剂对PLA/玉米 淀粉共混物性能的作用，以期在加强 PLA/玉米淀粉相容性的同时，提升共 混物的机械强度并且改善PLA的脆性。 在降低产品成本的同时，提高产品性 能以满足不同应用需求。
PLA复合材料薄膜
PLA是刚性的，因此很难吹塑成膜。可以通过将PLA与韧性 聚合物或增塑剂的共混技术，提高PLA柔韧性，从而使其适 合吹膜加工。
优势：与聚氯乙烯相比，成型下垂相对较小。因此得到的模 塑制品具有很高的透明度，并且可以得到很好的尺寸精度。
通过拉伸，改变取向度和结晶度，有可能提高膜或片 状物的抗冲击性和耐热性，达到与取向性聚丙烯或PET相同 的强度和硬度水平，同时保持其高透明度。
PLA薄膜主要应用于要求双 向强度的各种包装袋以及农 用或建筑用薄膜等领域。
PLA发泡材料
表5. PLA发泡体的基本物性
发泡体 种类 PLA EPS EPE EPP 密度 g/cm3 0.026 0.025 0.034 0.027 拉伸强度 kgf/cm2 2.7 3.1 3.0 4.1 弯曲强度 kgf/cm2 3.6 2.9 — 1.4 弹性模量 kgf/cm2 126 77 — 27 1.7 1.5 0.4 0.6 压缩应力 kgf/cm2 5% 10% 25% 50% 1.9 1.8 0.7 0.7 2.3 2.3 0.9 0.7 3.3 3.1 1.6 1.3
聚乳酸的耐热改性
表4. PLA用结晶成核剂
种类 名称
单体 金属氧化物
黏土类 无机盐类
石墨 二氧化硅
滑石（水合硅酸镁）、高岭土、黏土、云母、蒙脱土 乳酸型（乳酸钙）、碱性无机铝化合物（Al(OH)3、Al2O3、碳酸铝、 水滑石化合物）、BaSO4、硅酸盐化合物（Na、Al）、GF、贝 壳粉 山梨糖醇化合物、金属磷酸盐、安息香酸盐（Na、K、Ca）、芳香 族和脂肪族酰胺化合物、苯甲酸盐
洋麻纤维增强PLA具有优异的耐热性、刚性和成型加工性， 是高性能复合材料。
NEC公司和UNITIKA公司已经联合将利用上面的改性技术得到的洋 麻纤维改性PLA复合材料实现商品化。
这种近乎100%由植物成分组成的复合材料于2004年9月开始在NEC 的手提电脑部件上使用。 2006年3月，NEC公司与UNITIKA公 司再度联合推出了可用于制造手机外 壳的PLA/kenaf复合材料。
1. Kitano, K. (Sumitomo Chemical Co.), JP 2005336220, 2005.
天然植物纤维增强
表2. 增强天然纤维分类
分类
秸秆纤维 韧皮 非木纤维 木纤维 叶
举例
玉米秸、麦秸、稻草 洋麻、亚麻、黄麻、大麻、苎麻 剑麻、赫纳昆叶纤维（Henequen）、蕉麻
种子/果
增韧PLA复合材料
研究聚氨酯弹性体（TPU）及POE对聚乳酸的增韧改性作用： 考察不同比例增韧剂对复合材料性能的影响。 采用马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）为增容剂提高 PLA/POE相容性以提高材料性能。
增韧PLA复合材料的优势：经增韧得到的机械性能及物理 性能良好的聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加 工方便，应用十分广泛。
韩国从2003年6月30日开始禁止使用一次性PP、PE塑料购物袋 和一次性PP、PE、EPS塑料餐具等制品。
北美、加拿大EDP塑料制品销售量
北美EDP塑料制品销售量（万吨） 400 350 300 250 200 150 100 50 0
60 50 40 30 20 10 加拿大EDP塑料制品销售量（万吨）
有机酸类
高分子物质 聚羟基己酸及其衍生物、聚乙醇酸（衍生物）、碳纤维、有机纤维、 木粉、竹粉、对苯二甲酸和间苯二酚构成的聚酯细粉末
聚乳酸/淀粉复合材料
淀粉为天然高分子，价格便宜，来源丰富且与塑料掺混能提升 生物分解性，近年来成为生物可降解性材料的研究重点。 难点：淀粉颗粒与PLA聚合体间的界面引力太弱，在淀粉添加 较多时其机械性能不佳。 因此，对PLA/淀粉共混物的研究主要在寻找合适的相容剂或 交联剂以增加淀粉与聚乳酸间的相容性。
ASTM D638 ASTM D790 ASTM D790 ASTM D256 ASTM D648
66 107 3490 5 58
108 180 10870 26 167
63.6 68.2 211.5 420.0 187.9
注：原料PLA为日本钟纺合纤株式会社的Lactone TM100，GF是单纤直径为16 mm 的长玻璃纤维。
应用潜力：
可用于加工各种塑料制品、包装食 品、快餐饭盒、无纺布、工业及民 用布。进而加工成农用织物、保健 织物、抹布、卫生用品、室外防紫 外线织物、帐篷布、地垫面等。 同时，由于聚乳酸相容性与可降解性良好，其在医药领域应 用也非常广泛：可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线 等，低分子聚乳酸作 药物缓释包装剂等。
洋麻（kenaf）纤维增强、增韧PLA复合材料
研究不同比例和不同长度洋麻纤维对PLA各项性能的增强作 用，以选择条件制备具有优异耐热性、刚性和成型加工性的 PLA/kenaf高性能复合材料。 对能够提高二者界面黏合力的增韧剂进行探索，以改善 PLA/kenaf复合材料的冲击强度。
应用潜力：
经以韧皮纤维为主的麻纤维增强的 PLA复合材料在代替玻纤复合材料时具有很大的潜力，可在 建筑行业如建筑构架和屋顶等，汽车行业如轿车的门板、车 厢内衬板、行李厢、顶棚、座椅背板、衣帽架、仪表盘、发 动机罩和变速箱盖等部件得到应用。 在今后的市场中，天然植物纤维 复合材料在汽车、电子电器、建 材工业等领域具有更为广阔的应 用前景。
2. 燕晓飞，邱桂学，热塑性聚氨酯与聚烯烃共混改性研究，塑料科技，2008，36，94-98。 3. 冯飞，叶林，聚乳酸/聚氨酯弹性体共混复合材料结构与性能研究，塑料工业 ，2009，37，12-15。
乙烯/辛烯共聚物（POE）增韧 优异的物理、力学性能（高弹性、高强度和高伸长率） 良好的低温性能 优异的耐热老化性能和抗紫外线性能。 与其他弹性体相比，POE更具有分散性、耐候性好 透明度高 韧性、塑性好 价格低等优点。
1984年 1989年 2000年 2003年
0
1989年
2000年
2003年
PLA降解循环
比澳格(南京)环保材料有限公司
深圳市易生新材料有限公司
国内PLA消费市场预测
降解塑料制品
70 %
骨固定材料及组织修复
药物控制释放材料 优质生态纤维制品
国内PLA产业现状和技术水平
资源优势：众多企业参与，产业化进展顺利 面临问题：售价仍较石油基塑料高
PLA性能缺点：抗热性差，耐冲PLA复合材料
电子、汽车、建筑等领域作为耐久性工程塑料的应用
聚乳酸的增强改性
玻璃纤维增强
表1. 40%玻璃纤维增强PLA力学性能比较 [1]
项目 标准 PLA PLA/GF 性能提高率 (60/40) (%)
拉伸强度 MPa 弯曲强度 MPa 弯曲模量 MPa Izod缺口冲击强度kJ/m2 热变形温度 oC
可生物降解聚乳酸复合材料
Biodegradable Polylactic Acid Composite Materials
环境友好塑料（生物可降解塑料）的市场发展现状和前景 （Environmentally Degradable Plastics，EDP）
2003年1月1日起，欧盟已明令禁止发泡塑料聚苯乙烯作为包装 材料进入欧盟各国。
棉花、椰子壳纤维
软木、硬木
天然植物纤维相对玻璃纤维的优势
1. 生态保护性能（生长期短，对环境 要求不高，能量消耗少，对二氧化碳 有强吸收能力）。
2. 可替代人造材料，节约有限石油资 源。
3. 填埋后可生物降解，再生循环利用。 从可持续发展和环境保护理念出发，天然植物纤维增强可 生物降解高分子从而制备生物复合材料具有相当的前景。
1. 绝热材料：PLA发泡材料的优良绝热性和保冷性可以用 作冷冻食品、药品等的保温材料及冷冻车等的绝热材料；
2. 缓冲包装领域：各种家电制品的缓冲包装材料；
3. 内饰材料：经二次加工，成为各种形状的板材作为内饰 材料。
谢谢！～
玻璃纤维增强PLA复合材料
通过玻璃纤维增强聚乳酸，并添加一定量的无机填料（蒙脱 土、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉或云母等中的至少一 种）以降低制品的翘曲性和提高制品的刚性。 通过PLA与ABS或者PC共混，加上玻纤和成核剂以制备 PLA合金材料（Samsung Cheil Industries 公司在2008年 SAE汽车复合材料大会上发布了这一PLA合金技术，并且 在2006年已有三款手机外壳使用了这种PLA合金来成型）。
注：1. EPE和EPP分别代表粒珠法发泡的PE和PP软质发泡材料；2. 发泡率低，强度高、 质硬；发泡率高，材料质轻、缓冲性提高；3. kgf/cm2=98kPa。
PLA发泡材料和相同发泡倍率的EPS性质相似，其中拉伸 强度、压缩强度相当，弯曲强度和模量略高于EPS。
以代替发泡PS为目标，PLA发泡材料能够在缓冲包装、绝 热、农林园艺、填充等许多方面开展应用：
NTT DoCoMo已将这种新型环保材 料用于其新款手机 —— FOMATM N701iECO的外壳机身制造，并于3 月10日在日本市场推出了该款手机。
聚乳酸的增韧改性
PLA的强度和刚性好，但柔软性和冲击性能差，常温下是一 种硬而脆的材料。 聚氨酯弹性体（TPU）增韧 聚氨酯弹性体（TPU）是一种主链上含 有较多氨基甲酸酯基团的高分子材料， 具有优异的力学韧性、良好的耐磨性 及生物相容性[2]。 研究表明 [3]TPU的加入可以显著提高PLA的力学性能：加入 质量分数为20%的TPU即可使其断裂伸长率达350%，缺口冲 击强度达25kJ/m2，并保持较高的拉伸强度。