導語：如何才能寫好一篇高分子材料的改性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：高分子材料 生物質(zhì) 加工改性

一、生物質(zhì)高分子材料PHA的概述

近年來，我國對生物可降解高分子材料進行了深入地研究和開發(fā)，尤其是聚羥基脂肪酸酯PHA頗受關(guān)注。聚羥基脂肪酸酯是細菌胞內(nèi)合成的一種高分子化合物，在營養(yǎng)不平衡的環(huán)境下，細菌把多余的物質(zhì)轉(zhuǎn)換為探源和能源的儲備物，同時將水溶性小分子轉(zhuǎn)換為水不溶性的大分子PHA。PHA因具有某些合成塑料如聚丙烯、聚乙烯的物化特性，又具有獨特的生物可降解行、光學活性、生物兼容性、氣體相隔性以及壓電性等被認為是可替代傳統(tǒng)的由石油合成的、不可降解的塑料，PHA被稱為新型的生物可降解塑料。

PHA結(jié)構(gòu)多樣，且因其自身結(jié)構(gòu)變化擁有較多的新材料性能，所以應用前途比較廣泛。在食品包裝材料、衛(wèi)生材料、紙涂層材料、光學材料、電子工程材料以及一些一次性用品，如高檔包裝材料、新型醫(yī)學材料骨釘、骨板等方面廣泛應用。

PHA由具有光學活性的R構(gòu)型降級脂肪酸單體組成，是一種線性可降解聚酯，其單體組成對自身的物理性質(zhì)起決定性作用，常見的PHA材料主要有以下幾種：聚β-羥基丁酸酯（PHB）、聚-3-羥基丁酸-3-羥基戊酸之（PHBV）、聚-3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯（PHBHHX）、聚-3-羥基丁酸-4-羥基丁酸酯（P3/4HB）等。

二、聚合物的加工改性

經(jīng)過高分子材料科學成熟的發(fā)展，通過共混、共聚和表面改性等手段對高分子材料進行化學改性或物理改性以此達到提高聚合物某些性能引起了人們廣泛的重視。將不同的聚合物混合，或者將種類相同但相對分子質(zhì)量不同的聚合物進行混合，或者把聚合物和其他物料相互混合形成新的共混聚合物，通過以上的手段都可以實現(xiàn)聚合物的共混改性，聚合物共混改性后不單單是改變了聚合物的性能，更是開發(fā)了新型聚合物材料的嶄新功能，因此，聚合物的共混改性已經(jīng)發(fā)展為當今世界高分子材料工程科學中最為活躍的領(lǐng)域之一。PHB作為PHA中最具代表性的生物塑料，在生活的各個領(lǐng)域都有著廣泛的應用前景，下面以PHB為例，探究一下生物質(zhì)材料的加工改性。

三、PHB的加工改性研究

1.制備聚合物

1.1制備單端槍擊聚羥基丁酸酯（PHB-OH）

用甲醇打斷大的PHB分子鏈，對PHB片段封端，從而可以制的只有一端含羥基的PHB片段（PHB-OH）。制備方法如下：氯仿作為溶劑，硫酸作為催化劑，將15gPHB溶于150ml的氯仿中，75°C回流30min后，取2.5nl濃硫酸溶于50ml甲醇中，冰浴冷卻之后逐滴地滴加到上述的回流流體中，根據(jù)自己需要可以控制回流時間，至設(shè)定時間后冷卻至室溫，然后大量蒸餾水洗滌、分液、靜置分層后棄去水層，有機層洗滌兩次后，用無水硫酸鎂干燥過夜，過濾，濾液使用無水甲醇沉淀，減壓過濾，將產(chǎn)物放在40°C的真空烘箱里面干燥48小時以上，即成。

1.2制備不飽和端基低聚物

取1.5g干燥的PHB-OH放在事先干燥好的四口瓶中，加入50ml除水的二氯甲烷和0.2ml的三乙胺，30°C油浴中磁子攪拌，完全溶解后，低價溶有0.3ml的丙烯酰氯的二氯甲烷30ml，繼續(xù)反應3小時，過濾沉淀，濾液使用適量飽和的碳酸氫鈉洗滌兩次，使用蒸餾水洗滌三次，然后用無水硫酸鎂干燥過夜，過濾之后的濾液使用甲醇沉淀，減壓過濾，最后產(chǎn)物常溫真空干燥，即成。

2.運用傅里葉變換紅外光譜儀對聚合物材料進行定性表征

對于已經(jīng)提純過的待測樣品，將其配置成10mg/ml的氯仿溶液，然后滴3滴在KBr鏡片上面，在紅外燈的照射下干燥形成薄膜。之后用Nicolet IR200幸好傅里葉變化紅外光譜儀對其進行32次的掃描，（該儀器分辨力為1cm-1）。觀察得到的紅外圖譜，可以確定待測物中的基因。

3.材料熱學性能測試

聚合材料的熱學性能測試，取少量樣品，通過熱失重分析儀或者示差掃描量熱儀對樣品溫度曲線進行分析。

4.材料的力學性能測試

取少量待測樣品，將其裁剪成啞鈴型樣條，使用CMT4000型號微機控制電子萬能試驗機，移動千分尺，岑亮樣條的寬度、厚度、起始標距，待位移回零之后，在室溫下儀5mm/min進行拉伸，用計算機記錄材料的應力-應變曲線，通過實驗，得到材料彈性模量、拉伸強度以及斷裂伸長率等參數(shù)。

5. PHB物理改性研究

使用增塑劑DOS，形成PHB/DOS共混體系。經(jīng)實驗驗證，共混體系隨著增塑劑DOS的含量增加，材料的拉伸強度和楊氏模量降低，斷裂的伸長率不明顯，當共混體系中DOS含量達到35%時，共混體系的機械性最好，但對于共混體系來說，DOS的增塑效果并不明顯，因此，DOS常作為輔助增塑劑。

使用乙酰檸檬酸三丁酯（ATBC）增塑PHB體系，和DOS對比，ATBC增塑效果較明顯，因為ATBC自身的機型和分子量相對比較小，能很好的茶道PHB的鏈段之間，增加PHB鏈間的距離，減小高分子鏈間產(chǎn)生的相對滑移摩擦力，從而達到較好的增速效果。

四、結(jié)語

PHB作為生物質(zhì)高分子材料PHA的一類，有其顯著的缺點，PHB比較脆，但通過對PHB的加工改性，可以彌補其缺點，更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢。本文通過制備共混材料、測試其熱學性和力學性，選取增塑劑材料來改善PHB的熱學性能，以及使用物理方法加工改性材料，上述一系列的加工改性方法表明了，我們可以通過物理的、化學的加工改性方法提高PHA類材料的綜合性能，賦予PHA材料新的使用性能，使其擁有更美好的發(fā)展前景。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】高分子材料；廢舊塑料；建筑材料；回收應用

以塑料、纖維、橡膠為主體的高分子材料在我們的生活當中隨處可見，高分子材料與我們的生活息息相關(guān)，我們的生活與高分子聯(lián)系也越來越緊密。隨著社會和科學技術(shù)的飛速發(fā)展及人們消費習慣的改變，人們使用的高分子材料數(shù)量也迅速增加，由于通常高分子材料的使用壽命比較短，所以廢舊高分子材料的數(shù)量也大量增加。由于大量的廢舊高分子材料不能在大自然中自然降解，已經(jīng)成為環(huán)境污染的一個重要來源。

日常生活中用量最大的熱塑性高聚物聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等樹脂制品的消費量達1135萬t/年。據(jù)調(diào)查，每年產(chǎn)生廢棄物數(shù)量巨大，美國1800萬t，日本488萬t，西歐1140萬t，我國也有90萬t。

目前，廢舊高分子材料的處理方式主要是焚燒、填埋以及回收再利用?；厥昭h(huán)利用高分子材料主要有兩種，一是物理循環(huán)技術(shù)，物理回收循環(huán)利用技術(shù)主要是指簡單再生利用和復合再生利用，回收廢舊塑料制品經(jīng)過分類、清洗、破碎、造粒進行成型加工。這類再生利用的工藝路線比較簡單，生產(chǎn)量巨大，但再生制品的性能欠佳，一般制作檔次較低的塑料制品。二是化學循環(huán)利用，通過對回收的高分子廢舊材料的化學改性，生產(chǎn)達到同類或異類使用要求的產(chǎn)品?；瘜W循環(huán)再生材料生產(chǎn)工藝復雜，投資高，產(chǎn)品改性徹底，但產(chǎn)量低，對回收高分子材料要求也高。

我國處理廢棄的高分子材料的技術(shù)還是比較落后，大部分只是較簡單地單純再生及復合再生。大批量的廢棄高分子材料都變成為垃圾，大量的廢舊高分子材料已經(jīng)嚴重影響了我們的日常生活如：分散在土壤中塑料地膜，易使土質(zhì)板結(jié)，影響農(nóng)作物對氧、空氣、水分、光的吸收；地面上飛散的薄膜碎片易引起火災、污染環(huán)境；部分廢舊高分子材料在降解中釋放對人體有害的氣體及毒素。如何處理這些廢舊的塑料、纖維、橡膠等已經(jīng)成為一個日益迫切的環(huán)境和經(jīng)濟問題。

在我國，高分子材料使用量大，生產(chǎn)量也大，當然廢舊高分子材料數(shù)量也巨大。建筑材料在我國的使用量巨大，如果這方面技術(shù)開發(fā)與應用得當，那么將是改善我國在高分子材料處理問題上的一條重要途徑。

據(jù)統(tǒng)計，美國在20世紀末廢舊塑料回收率達35%以上，廢舊塑料品種的比例約為：包裝制品占50%，建筑材料占18%，消費品占11%，汽車配件占5%，電子電氣制品占3%。我國廢舊塑料的回收率在20%左右，建筑材料占的比例更小。我國廢舊塑料在建筑材料中的開發(fā)利用技術(shù)水平還比較低，還有廣闊前景。

隨著國家有關(guān)禁止使用粘土磚禁令的公布，開發(fā)使用新型墻體材料已經(jīng)成為一種必然趨勢，同時回收利用廢舊高分子材料技術(shù)的發(fā)展，為廢舊高分子材料復合成新型墻體材料提供了強有力的支持。目前已有許多這類技術(shù)發(fā)展相當成熟，并用于實際的生產(chǎn)當中。

英國威爾士Affresol公司開發(fā)出一種建造低碳住房（如下圖）工藝，采用包裝物廢棄料和加工廢料等再生廢舊塑料及礦產(chǎn)品作為原材料，而且價格合理。每一座房屋約消耗18噸本應進行填埋的材料。

第一座這樣的積木式房屋已被英國一家室內(nèi)供暖和熱水系統(tǒng)生產(chǎn)商伍斯特博世公司訂購，房屋座落于英國伍斯特郡Warndon的工廠內(nèi)。伍斯特博世公司向Affresol公司提供利用再生加熱器回收的廢舊塑料，將保證伍斯特博世公司實現(xiàn)零廢料排放的計劃。

（1）玻璃與塑料復合而成的樣品磚

由塑料，玻璃復合而成的樣品磚已經(jīng)研制出來，在國外已經(jīng)得到了較廣泛的應用。其中塑料組分包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯以及ABS，相同的粒徑形態(tài)，較窄的尺寸范圍和尺寸分布與近似尺寸的棕色玻璃混合成玻璃塑料復合材料，其中玻璃的質(zhì)量百分比根據(jù)不同的性能要求可為15%、，30%、45%。這種材料能在235℃模壓成標準的粘土磚形狀。當溫度在20～50℃范圍變化時，經(jīng)過抗壓實驗，發(fā)現(xiàn)其斷裂應力是普通粘土磚的兩倍多。制備這種試樣時所要求的塑料不需要區(qū)分熱塑性和熱固性，因此它的原料來源相當廣泛。

（2）廢舊塑料PVC做建筑線槽

在建筑施工中常使用玻璃條、有機玻璃條、橡膠、塑料條作為房屋施工用的分割線條和避水線條。這些材料的共同缺點是價格高，合肥華風改性塑料公司，使用塑料改性新配方，新技術(shù)開發(fā)出一系列用于建筑建材行業(yè)的改性廢塑PVC線槽。不僅質(zhì)量好，工人使用方便，產(chǎn)品有不同規(guī)格型號，更重要的是這種材料價格大幅度下降。

其工藝流程：

（3）利用廢舊塑料和粉煤灰制建筑用瓦

哈爾濱工業(yè)大學的張志梅等研究了利用廢舊塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工藝方法和條件，用廢舊塑料粉煤灰制成的建筑用瓦在性能上，完全可以滿足普通建筑的要求。這種建筑用瓦的研制成功，不僅可以降低成本，還是消除“白色污染”的一種積極方法。

其工藝流程：

（4）利用廢泡沫生產(chǎn)新型保溫磚

青島裕泰化工科技有限公司利用廢泡沫具有優(yōu)良的保溫性能的特點，廢物利用，再采用價格低來源廣的化工原料，將廢泡沫二次成形，研究成功了造價低廉、防火性好、保溫性能優(yōu)良的新型保溫磚。

經(jīng)測試，這種新型保溫磚導熱系數(shù)小于0.06W/m.K，優(yōu)于0.09W/m.K的國家標準，含水率小于8%，密度小于225kg/m3，抗壓強度大于0.21MPa，且耐候性強，適合國內(nèi)不同氣候的各地區(qū)使用，取代傳統(tǒng)珍珠巖或煤渣等保溫材料。

（5）廢棄聚酯做改性水泥砂漿

聚合物改性水泥砂漿（以下簡稱PMC）在耐腐蝕性能、固化時間及某些力學性能方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥砂漿。在許多情況下，聚合物的獨特性質(zhì)使其在混凝土結(jié)構(gòu)修補與保護中起到傳統(tǒng)材料無法替代的作用，既可節(jié)省大量建筑物修補資金，又加快了施工速度。但是PMC的價格昂貴，尚未被廣泛使用。

同濟大學程為莊等用廢棄的聚酯飲料瓶為原料，通過醇解、縮聚來獲得再生型不飽和聚酯，繼而開發(fā)出一種低成本、新型的“綠色”合物改性水泥砂漿，其價格適中，性能優(yōu)良，既達到環(huán)境保護的目的，又可為擴大PMC的應用范圍開辟新路。

【參考文獻】

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2、工程專業(yè)素有藝術(shù)和科學結(jié)合的專業(yè),是永無止境的前沿文明專業(yè),而現(xiàn)在中國已到了勞動密集發(fā)展的沒落期了。所以現(xiàn)在政府正在提倡轉(zhuǎn)型發(fā)展策略,而所謂的轉(zhuǎn)型就是要從勞動力密集型轉(zhuǎn)向科學技術(shù)密集型。

3、所以高分子材料和工程專業(yè)都是發(fā)展前景一片光明的學科。高分子材料與工程專業(yè)培養(yǎng)具備高分子材料與工程等方面的知識。

4、能在高分子材料的合成改性和加工成型等領(lǐng)域從事科學研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才。

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關(guān)鍵詞：高分子材料；成型；技術(shù)

一、前言

高分子材料是指以高分子化合物為基體組分的材料。高分子材料按來源可分為天然高分子材料、合成高分子材料；按化學組成分類可分為有機高分子材料、無機高分子材料；按性能可分為通用高分子材料、新型高分子材料。高分子材料比傳統(tǒng)材料發(fā)展迅速的主要原因是原料豐富、制造方便、加工容易、品種繁多、形態(tài)多樣、性能優(yōu)異以及在生產(chǎn)和應用領(lǐng)域中所需的投資低，經(jīng)濟效益比較顯著。高分子反應加工分為反應擠出和反應注射成型兩個部分，目前我國普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機和螺桿注射機?，F(xiàn)階段，我國的高分子材料成型也取得了較好的成績。

二、高分子材料成型的原理

高分子材料的合成和制備一般都是由幾個化工單元操作組成的，高分子反應加工把多個單元操作熔為一體，有關(guān)能量的傳遞和平衡，物料的輸運和平衡問題，與一般單個化工單元操作完全不同。傳統(tǒng)聚合過程解決傳熱和傳質(zhì)問題主要是利用溶劑和緩慢反應來進行的，但是在聚合反應加工過程中，物料的溫度在數(shù)分鐘內(nèi)就能達到400℃~800℃，此時對于反應過程中產(chǎn)生的熱，如果不能進行脫除的話，那么降解和炭化將會發(fā)生在物料中。傳統(tǒng)的加工過程是通過設(shè)備給聚合物加熱，而需要快速將聚合生成的熱量通過設(shè)備移去是聚合反應加工所進行的，由此可見，必須從化學和熱物理兩個方面開展相應的基礎(chǔ)研究。

高分子材料的物理機械性能、熱性能、加工性能等均取決于其化學結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而加工工藝與高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系是非常密切的。

流變學，指從應力、應變、溫度和時間等方面來研究物質(zhì)變形和（或）流動的物理力學。它是力學的一個新分支，它主要研究物理材料在應力、應變、溫度濕度、輻射等條件下與時間因素有關(guān)的變形和流動的規(guī)律。高分子材料成型加工成制備的理論基礎(chǔ)是高分子材料流變學。高分子材料的自身的規(guī)律和特點是伴隨化學反應的高分子材料的流變性質(zhì)而產(chǎn)生的。

三、高分子材料成型的加工技術(shù)

（一）聚合物動態(tài)反應加工技術(shù)及設(shè)備

目前國外已經(jīng)研發(fā)出可以解決其他擠出機作為反應器所存在的問題，即連續(xù)反應和混煉的十螺桿擠出機。在我國高分子材料成型加工工業(yè)的發(fā)展中占有極其重要的地位，但是我國的高分子材料成型的加工技術(shù)的開發(fā)目前還處于初步階段。縮聚反應器的反應擠出設(shè)備就是指交換法聚碳酸酯連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)，除此之外，我國每年還有數(shù)以千萬噸的改性聚合物生產(chǎn)，反應擠出技術(shù)及設(shè)備也是其關(guān)鍵技術(shù)。

采用傳統(tǒng)的加工設(shè)備存在一些問題，例如傳熱、化學反應過程難以控制等，另外投資費用大、噪音大等問題。無論是在反應加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，聚合物動態(tài)反應加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)都完全不同，將聚合物反應擠出全過程引入到電磁場引起的機械振動場，從而達到控制化學反應過程、反應制品的物理化學性能以及反應生產(chǎn)物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的目的，這就是聚合物動態(tài)反應加工技術(shù)及設(shè)備。高分子材料成型加工是高能耗過程作業(yè)，無論是擠出、注射還是中空吹塑成型塑料原理都必須經(jīng)過熔融塑化及輸送這一基本和共性的過程，目前普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機和螺桿注射機等。該技術(shù)使得控制聚合物單體及停留時間分布不可控的問題得到了解決，而且也使得振動立場作用下聚合物反應加工過程中的質(zhì)量、動量以及能量傳遞和平衡問題得到了解決，同時也使得設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題得到了解決。新設(shè)備的優(yōu)點很多，例如：體積重量小、適應性好、噪音低、可靠性高等等，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備是比不了的。

（二）以動態(tài)反應加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)

此技術(shù)的研究實現(xiàn)，加強了我國在該領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)言權(quán)。以動態(tài)反應技術(shù)為基礎(chǔ)方向，進行深入的研究，從而產(chǎn)生了新的材料制備技術(shù)。我們以存儲光盤盤基為基礎(chǔ)原型，以反應成型技術(shù)直接作用于其上。通過對這些技術(shù)的研究改進，改變了傳統(tǒng)技術(shù)中多環(huán)節(jié)、消耗大、復雜度高、周期長、而且環(huán)境污染比較嚴重等諸多不利因素。通過學習研究，可以把制作光盤的PC樹脂原料工業(yè)、中途存放、盤基成型工業(yè)串聯(lián)于一體，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率、減少了資源浪費、能夠完全有效的進行控制，而且產(chǎn)品的質(zhì)量有大幅度的提高。

聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術(shù)。研究表明，對無粒子進行適當?shù)奶幚?，可以得到一些好的效果，比如說利用聚合物進行原位表面改性處理、原位包覆、強制分散等處理后，就可以使我們復合材料成型。

熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將混煉引入到振動力場擠出全過程，為實現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化，對硫化反直進程進行控制，從而使得共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題得到了解決。實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備研制開發(fā)出來，促進我國TPV技術(shù)水平的提高。

四、結(jié)語

我國必須根據(jù)自身的實際情況來發(fā)展高分子材料成型加工技術(shù)及設(shè)備，把握技術(shù)前沿，不斷地培育自主知識產(chǎn)權(quán)，從而使得我國高分子材料成型技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷加快。

參考文獻：

[1] 黃漢雄. 高分子材料成型加工裝備及技術(shù)的進展、趨勢與對策(下)[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2006, (06) :13-18

[2] 黃漢雄. 高分子材料成型加工裝備及技術(shù)的進展、趨勢與對策(上)[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2006, (05) :17-27

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關(guān)鍵詞：高分子材料；降解；老化；進展

高分子材料在加工、貯存和使用過程中，由于內(nèi)外因素的綜合影響，逐步發(fā)生物理化學性質(zhì)變化，物理機械性能變壞，以致最后喪失使用價值，這一過程稱為“老化”。老化現(xiàn)象有如下幾種:外觀變化，材料發(fā)粘、變硬、變形、變色等；物理性質(zhì)變化，溶解、溶脹和流變性能改變；機械性能變化和電性能變化等。引起高分子材料老化的內(nèi)在因素有：材料本身化學結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及配方條件等；外在因素有：物理因素，包括熱、光、高能輻射和機械應力等；化學因素，包括氧、臭氧、水、酸、堿等的作用；生物因素，如微生物、昆蟲的作用。老化往往是內(nèi)外因素綜合作用的極為復雜的過程。高分子材料的老化縮短了制品的使用壽命，并影響制品使用的經(jīng)濟性和環(huán)保性，限制了制品的應用范圍。因此，研究引發(fā)高分子材料老化的原因及其微觀機理具有非常重要的意義。近年來，高分子老化研究主要集中在探討高分子材料老化的規(guī)律、機理，以及環(huán)境因素對材料老化的影響等方面，這些工作對于發(fā)展新的實驗技術(shù)和測試方法，改善材料的生產(chǎn)技術(shù)、研制特種材料、逐步達到按指定性能設(shè)計新材料等具有重大的指導作用。

1 戶外因素對高分子材料老化行為的影響為的影響

高分子材料在戶外曝露于太陽光和含氧大氣中，分子鏈發(fā)生種種物理和化學變化，導致鏈斷裂或交聯(lián)，且伴隨著生成含氧基團如酮、羧酸、過氧化物和醇，導致材料韌性和強度急劇下降。關(guān)于光氧化降解過程和防止這種降解過程的發(fā)生，已有很多研究報導，這些研究工作的基礎(chǔ)是光化學效應，即物質(zhì)在吸收光后所發(fā)生的反應。紫外波長300n m～400nm，能被含有羰基及雙鍵的聚合物吸收，而使大分子鏈斷裂，化學結(jié)構(gòu)改變，導致材料性能劣化，因此歷來是研究熱點。Ibnelwaleed A.等通過自然環(huán)境曝露和人工加速試驗，研究了不同支鏈形式LLDPE、HDPE的耐紫外光老化性能。Ibnelwaleed A.等從流變學角度分析了PE紫外光老化歷程，發(fā)現(xiàn)LLDPE在紫外光老化過程中同時發(fā)生交聯(lián)和斷鏈，短支鏈含量高低和老化時間長短直接影響材料性能。另外，(Z-N)催化合成的LLDPE和茂金屬催化合成的LLDPE降解機理相似，但是，對于相同重均分子量和支化度的PE，茂金屬催化合成的LLDPE比齊格勒－納塔催化合成的LLDPE耐降解，而且發(fā)現(xiàn)單體的類型對紫外光老化降解影響不大。在80℃和300W紫外光輻照條件下對有機硅和聚氨酯兩種建筑密封膠進行5000小時人工加速老化試驗。發(fā)現(xiàn)密封膠老化機理是由于輻照產(chǎn)生的熱作用引起的，在老化開始階段，熱作用使密封膠交聯(lián)；而在老化后階段，主要發(fā)生分子量下降；紫外線輻射往往破壞側(cè)鏈基團。

2高分子材料的老化性能

表征技術(shù)及應用在高分子材料老化研究中，性能表征方法對正確反映老化現(xiàn)象、認識并探索老化機理、進而采取合理措施改性，有著非常重要的作用。目前，在高分子材料老化研究中多種表征手段聯(lián)用，對高分子材料性能進行多角度考察，深入了解高分子材料老化機理。LEi Song利用TEM、FTIR、X射線光電子能譜、燃燒量熱法等方法考察了PC/TPOSS 的混合物結(jié)構(gòu)和熱降解行為，發(fā)現(xiàn)TPOSS顯著影響PC的熱降解過程，因為添加TPOSS明顯降低混合物的熱峰值，并且當TPOSS的添加量在2％時達到最低值。 利用熱重分析、紅外光譜分析、熱解－氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，考察了聚碳酸酯與聚硅氧烷的共混材料在氮保護條件下的熱降解行為。研究發(fā)現(xiàn)，共混物主要的分解溫度在430～550℃左右。添加聚硅氧烷可以降低聚碳酸酯在主要降解段的質(zhì)量下降速率，在800℃時，添加聚硅氧烷的共混物的殘渣比純凈的聚碳酸酯高，隨著添加量的增加，殘渣從最初的21％增加到45％，研究還發(fā)現(xiàn)，聚硅氧烷能促進交聯(lián)反應和炭化。隨著老化程度提高，彈性模量增加，應力和伸長率下降；老化較少的樣品顯示韌性，老化時間長久的樣品顯示更多的脆性；另外，老化材料的斷裂，是由于結(jié)晶導致的應力開裂。S.Etienne利用低頻拉曼散射(LFRS)、小角X射線散射(SAXS)和DSC，對PMMA、PS、PC、PEN物理老化過程的次級松弛，β松弛及相關(guān)α松弛過程進行了研究。利用直接插入探針質(zhì)譜裂解研究了PC/PMMA共混物的熱氧老化行為。還利用熱刺激去極化電流法(TSDC)、動態(tài)介電譜(DDS)聯(lián)用方法，研究了聚碳酸酯在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后松弛時間的變化，得到PC樣品的τ（Tg）為110s，通過τ(T)和τ（Tg）可以確定玻璃態(tài)－熔融態(tài)脆化指數(shù)m。

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關(guān)鍵詞：合成類高分子材料 生物可降解 藥物載體 生物醫(yī)學

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2013.08.066

【中圖分類號】R-0 【文獻標識碼】B 【文章編號】1671-8801（2013）08-0070-02

生物可降解高分子材料在主鏈上一般含有可以水解的基團，如酯、酸酐、碳酸酐、酰胺或氨酯鍵等，在活體環(huán)境中，這些基團可以通過簡單的化學反應或者酶催化作用而降解[1]，降解產(chǎn)物為水、二氧化碳等小分子，從而能夠被生物體代謝、吸收或排除，對人體無毒無害，而且這類材料具有良好的生物相容性和親和性，物理化學性質(zhì)可調(diào)節(jié)等優(yōu)點，可用于受損生物體組織和器官的修復、重建以及藥物載體材料。

1 生物可降解高分子材料的分類

生物可降解高分子材料按其來源可以分為天然的和合成的兩大類。天然的可降解高分子如殼聚糖、明膠、纖維素、淀粉等，因具有良好的生物相容性和可降解特性而被廣泛用作藥物載體材料[2]。Hejazi等[3]用化學交聯(lián)的方法制備的四環(huán)素-殼聚糖微球，研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)PH改變微球中谷氨酰胺帶電性質(zhì)，可實現(xiàn)藥物的靶向釋放。淀粉微球在鼻癌治療中的應用也越來越引起關(guān)注[4]。明膠是動脈栓塞療法治療腫瘤的常用天然基質(zhì)材料。近年來研制的抗腫瘤明膠微球如甲氨蝶呤明膠微球、羥基喜樹堿明膠微球等，研究證明其治療效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)給藥方法，且理化性質(zhì)穩(wěn)定。然而，天然高分子大多具有熱塑性差、成型加工困難、耐水性差，單獨使用時性能差等缺點，應用中受到很多限制。

2 合成類高分子材料的分類

2.1 生物合成類高分子材料。合成類高分子材料可分為生物合成和化學合成降解高分子。生物合成可降解高分子主要是由微生物或酶合成，如聚羥基烷酸酯（PHAs），其具有良好的生物相容性，已被應用于藥物載體、手術(shù)縫合線、植入材料、骨夾等生物醫(yī)學裝置。但是PHAs力學強度差、降解過慢，適合長期植入材料，為了滿足實際要求，往往將不同種類的PHAs按一定比例共混，調(diào)節(jié)材料的強度和降解速度。Hu等[5]制備了PHAs類聚酯的三元共聚物，研究發(fā)現(xiàn)其具有較粗糙的表面，親水性優(yōu)于PLA等，材料表面的骨髓基質(zhì)細胞生長量和成骨性都優(yōu)于其它PHAs類聚酯。然而這種材料價格較為昂貴，限制了它的臨床推廣。

2.2 化學合成類高分子材料。

2.2.1 脂肪族聚酯類?；瘜W合成的可降解高分子材料主要有聚酯類、聚碳酸酯、聚氨酯類和聚酸酐類等。脂肪族聚酯類是目前研究最多、應用最廣的生物可降解合成高分子，常見的有聚乙交酯（PGA）、聚丙交酯（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）及其共聚物，它們具有良好的生物相容性、成膜性好、化學穩(wěn)定性高、降解產(chǎn)物無毒無害、降解速度和物理化學性能可以通過調(diào)節(jié)聚合物組分、組成比例和分子量來實現(xiàn)，其單體大部分來源于植物、石油、天然氣等再生資源，因此成為目前應用最廣泛的合成類生物降解高分子材料[6]。聚乳酸（PLA）材料韌性差且降解慢，而PGA力學強度大，加工成型難度大，降解速度快，所以兩者共聚可以取長補短，通過調(diào)節(jié)兩組分比例和分子量改變共聚物的特性來滿足實際應用要求。有時也會加入其它的聚合物來改善共聚物的性能，如把親水性的聚乙二醇（PEG）（B段）插入到PLGA、PCL、LA或GA（A段）的鏈段中，形成溫度敏感型嵌段共聚物ABA或BAB類型，用于調(diào)節(jié)共聚物的親水性和降解速度。Ruan等[7]合成了PLA-PEG-PLA嵌段共聚物，并作為水溶性抗癌藥物紫杉醇的藥物載體，研究表明PEG的加入提高了聚合物的親水性和釋藥速率。

2.2.2 聚磷酸酯類。聚磷酸酯類最近幾年報道較多，在生物醫(yī)學、塑料工業(yè)、飼料行業(yè)等都有應用，但在藥物控釋領(lǐng)域研究尤為突出。主要原因有三[8]，其一，聚磷酸酯中的五價磷原子結(jié)構(gòu)使其更容易被修飾和功能化，可直接接枝藥物分子或活性分子；其二，磷酸酯類大量存在于人體內(nèi)，而且是細胞膜的主要組成之一，因此聚磷酸酯類在生物體內(nèi)具有很好的細胞親和性和細胞膜通透能力，而且易被水解和被酶分解；其三，腫瘤細胞內(nèi)磷酸酯酶和磷酰胺酶等的含量和活性都高于正常細胞，聚磷酸酯載藥微粒易被分解而釋放藥物，達到靶向釋放的目的。因此，聚磷酸酯作為抗腫瘤藥物的載體越來越受到重視。具有提高人體白細胞作用的茜草雙酯和磷酰二氯縮聚反應合成的聚磷酸酯，可以作為抗腫瘤藥物5-Fu的載體，降解釋放的茜草雙酯和5-Fu可達到治療癌癥放化療引起的白細胞減少癥和抗癌的雙重功效[9]。Wang等人[10]用含陽離子的聚磷酸酯與其他聚合物合成三嵌段共聚物納米膠束，作為帶負電的小干擾RNA的基因載體，可較好的沉默細胞異性蛋白的表達。聚磷酸酯在組織工程領(lǐng)域也引起越來越多的關(guān)注。聚磷酸酯與對苯二甲酸乙酯的共聚物，可作為神經(jīng)導管材料，生物相容性好，有利于神經(jīng)再生長[11]。

2.2.3 聚氨基酸類。聚氨基酸具有很好的生物相容性和可降解特性，無毒無害，已廣泛應用于藥物載體、組織工程材料等生物醫(yī)學領(lǐng)域。但因其降解性能難控，實際應用中常通過與其他化合物共聚，改變各組分比例、分子量等手段得到具有新特征的材料，如聚賴氨酸-聚乙二醇共聚物、聚天冬氨酸-聚乙烯醇共聚物、聚谷氨酸-氧化硅接枝共聚物、聚氨基酸-聚乳酸共聚物等。目前，研究最熱的是聚氨基酸-聚乳酸共聚物。聚乳酸具有親水性差、細胞親和性不理想、結(jié)晶度高、降解慢的缺點，對聚乳酸的改性成為研究的重點。聚氨基酸含有羥基、氨基、羧基等多個活性官能團，可以固定蛋白質(zhì)、多肽等生物活性因子，將聚氨基酸與聚乳酸共聚，不僅可以改善聚乳酸的親水性、細胞親和性和降解速度，還可以引入活性基團。葉瑞榮[12]等人用直接熔融法合成聚（乳酸-甘氨酸）和聚（乳酸-天冬氨酸），研究發(fā)現(xiàn)，改性后的聚乳酸為無定型態(tài)，結(jié)晶度降低，親水性和降解速度均提高，可作為藥物緩釋材料。嚴瓊姣等人[13]用3S-[4-（芐氧羰基氨基）丁基]-嗎啉-2，5-二酮和丙交酯共聚，制備了RGD多肽接枝聚（乳酸-羥基乙酸-L-賴氨酸）共聚物，RGD修飾后的共聚物具有很好的神經(jīng)細胞親和性和親水性，可作為神經(jīng)修復支架材料。

2.2.4 聚碳酸酯。聚碳酸酯是一類環(huán)境友好型和生物相容性較好的高分子材料，因主鏈和側(cè)基的不同而種類繁多，可通過引入功能化側(cè)基（如羧基、羥基、氨基、雙鍵等）和化學設(shè)計分子主鏈等方式，改變其親水性、降解速度和熱力學性能，同時還可以接入多肽、抗體等活性基團。近年來在藥物控釋系統(tǒng)、手術(shù)縫合線、骨固定材料等領(lǐng)域應用越來越廣泛。聚碳酸酯根據(jù)主鏈結(jié)構(gòu)的不同，可分為脂肪族聚碳酸酯和含芳香族主鏈的聚碳酸酯。聚碳酸三亞甲基酯（PTMC）是最常見、研究最多的線型脂肪族聚碳酸酯，在體內(nèi)生物酶的作用下可加速其降解[14]。聚碳酸酯可通過引入功能化側(cè)基、物理共混和化學共聚的方法進行改性。Zhuo等[15]以甘油為起始原料合成了主鏈含有羥基的聚碳酸酯，研究證明該聚合物具有較好的生物相容性，羥基的引入改善了聚合物的親水性和降解特性。Albert-stson等[16]制備了以PTMC為載體的阿米替林釋藥模，但是藥物釋放速度很慢，通過PTMC與一定量的聚酸酐共混，可明顯提高阿米替林的釋放速度。商品名為Maxon的生物可吸收手術(shù)縫合線就是由32.5%（摩爾比）的TMC與GA共聚得到的Poly（GA-co-TMC），該聚合物具有很好的彈性，彌補了PTMC降解速度慢的缺點[17]。

2.2.5 聚酸酐類。聚酸酐類最早由Bucher和Slade在1909年合成。直到八十年代，人們發(fā)現(xiàn)它的易水解特性才將其應用到藥物緩釋體系中。聚酸酐具有以下特點：①表面溶蝕的降解特性。其在人體內(nèi)的藥物釋放接近零級釋放，且無藥物暴釋現(xiàn)象。②降解速度可調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)共聚物的組成、組分比例和分子量等調(diào)節(jié)降解速度和藥物釋放速度。③具有良好的生物相容性，對人體無毒害作用。④在藥物釋放領(lǐng)域具有良好的藥物穩(wěn)定作用。目前，用聚酸酐局部控制給藥體系治療實體瘤癌癥已引起高度重視，成為研究的熱點。美國FDA已批準其用于復發(fā)惡性腦瘤的輔助化療。

3 應用和發(fā)展趨勢

目前，合成類生物可降解高分子材料在藥物控釋體系、組織工程、手術(shù)縫合線、超聲造影等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注和應用。在藥物控釋領(lǐng)域，根據(jù)作用部位不同，可加工成微球、纖維、片劑、膜、棒、納米乳和亞納米乳等。為了提高藥物的靶向性，納米顆粒和磁性納米顆粒成為研究的熱點。單個的聚合物材料因自身缺點往往不能滿足生物醫(yī)學的要求，常與其他高分子共聚、共混或引入活性官能團，通過改變各組分配比、分子量、制備方法和條件等因素，或?qū)?cè)基進行功能化修飾，制備出符合現(xiàn)實要求的、兼顧各自優(yōu)點的新型高分子材料。當然，新型材料制備的經(jīng)濟成本和工藝實現(xiàn)工業(yè)化等問題也應引起重視。未來，合成類生物可降解高分子材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用會越來越廣闊。

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關(guān)鍵詞：新型 高分子材料

1、新型高分子材料的分類

1.1高分子分離膜

高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇透過的半透性薄膜。與以溫度梯度、壓力差、電位差或濃度梯度為動力,使液體混合物、氣體混合物或有機物、無機物的溶液等分離技術(shù)相比,具有高效、省能和潔凈的特點,因而被認為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。膜的形式有多種,一般用的是空中纖維和平膜。應用高分子分離膜的推廣可以獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2高分子磁性材料

高分磁性材料是人類在開拓磁與高分子聚合物新應用領(lǐng)域的同時,賦予磁與高分子傳統(tǒng)應用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早期的磁性材料源于天然磁石,后來才利用磁鐵礦燒結(jié)或鑄造成為磁性體?，F(xiàn)在工業(yè)常用的磁性材料有稀土類磁鐵、鐵氧體磁鐵和鋁鎳鉆合金磁鐵等三種。它們的缺點是硬且脆加工性 差。為了克服這些缺陷,將磁粉混煉于橡膠或塑料中制成的高分子磁性材料。這樣制成的復合型高分子磁性材料,不僅比重輕，容易加工成復雜形狀、尺寸精度高的制品,還能與其它的元件一體成型。因而這樣的材料越來越受到人們的關(guān)注。高分子磁性材料主要可分為結(jié)構(gòu)型和復合型兩大類。目前具有實用價值的主要是復合型。

1.3光功能高分子材料

所謂光功能高分子材料指的是能夠?qū)膺M行吸收、透射、轉(zhuǎn)換、儲存的一類高分子材料。這類材料主要包括光記錄材料、光導材料、光加工材料、光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)材料、光學用塑料、光導電用材料、光合作用材料、光顯示用材料等。光功能高分子材料可以制成品種繁多的線性光學材料,像普通的安全玻璃、各種棱鏡、透鏡等。利用高分子材料曲線傳播的特性,又以開發(fā)出非線性的光學元件,如塑料光導纖維等。先進的信息儲存元件光盤的基本材料就是高性能的聚碳酸脂和有機玻璃。

2、開發(fā)新型高分子材料的重要意義

從高分子材料的出現(xiàn)到現(xiàn)代，世界工業(yè)科學不再只是對基礎(chǔ)高分子材料的開發(fā)研究。從90代開始，科學家們就將注意力轉(zhuǎn)到了高智能的高分子材料的開發(fā)上?，F(xiàn)代工業(yè)對于新型高分子材料的需求日益增加。新型高分子材料的開發(fā)主要集中在制造工藝的改進上，以提高產(chǎn)品的性能，節(jié)約資源，減少環(huán)境的污染。就目前而言，以茂金屬催化劑為代表的新一代聚烯烴催化劑的開發(fā)仍是高分子材料技術(shù)開發(fā)的熱點之一。 開發(fā)應用領(lǐng)域在不斷擴大。 在開發(fā)新聚合方法方面, 著重于基團轉(zhuǎn)移聚合、陰離子活性聚合和微乳液聚合的工業(yè)化。與此同時，我們要重視在降低和防止高分子材料在生產(chǎn)和使用過程中造成的環(huán)境污染。我們應該大力進行有利于保護環(huán)境的可降解高分子材料的研究開發(fā)。新型高分子材料的開發(fā)， 不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對于材料工業(yè)的高要求，更重要的是能夠促進能源與資源的節(jié)約，減少環(huán)境的污染，提高生產(chǎn)的能力，體現(xiàn)現(xiàn)代科技的高速發(fā)展。

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關(guān)鍵詞：高分子材料  可降解  生物

        我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機理大致有以下3 種方式： 生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞； 微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。按照上述機理，現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。

        1、生物可降解高分子材料概念及降解機理

        生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。

        生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。

        因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協(xié)同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、ph值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。

        2、生物可降解高分子材料的類型

        按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

        2.1微生物生產(chǎn)型

        通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ici 公司生產(chǎn)的“biopol”產(chǎn)品。

        2.2合成高分子型

        脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應用。芳香族聚酯(pet) 和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

        2.3天然高分子型

        自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙?；嗵堑裙不熘频?。

   2.4摻合型

        在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。

        3、生物可降解高分子材料的開發(fā)

        3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法

        傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發(fā)酵法等。

        3.1.1天然高分子的改造法

        通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應用。

        3.1.2化學合成法

        模擬天然高分子的化學結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段?；瘜W合成法反應條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復雜，成本較高。

        3.1.3微生物發(fā)酵法

        許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。

   

;     3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成

        用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發(fā)展，酶在有機介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。

        3.3酶促合成法與化學合成法結(jié)合使用

        酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料

        4、生物可降解高分子材料的應用

        目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國一年約生產(chǎn)3000 多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國際上發(fā)達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。

參考文獻：

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高分子材料：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料，高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，由千百個原子彼此以共價鍵結(jié)合形成相對分子質(zhì)量特別大、具有重復結(jié)構(gòu)單元的有機化合物。

高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬，所含原子數(shù)目一般在幾萬以上，而且這些原子是通過共價鍵連接起來的。高分子化合物中的原子連接成很長的線狀分子時，叫線型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子連接成網(wǎng)狀時，這種高分子由于一般都不是平面結(jié)構(gòu)而是立體結(jié)構(gòu)，所以也叫體型高分子。

二、高分子材料的結(jié)構(gòu)特征

高分子材料的高分子鏈通常是由103~105個結(jié)構(gòu)單元組成，高分子鏈結(jié)構(gòu)和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成了高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結(jié)構(gòu)特征(如同分異構(gòu)體、幾何結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu))外，還具有許多特殊的結(jié)構(gòu)特征。高分子結(jié)構(gòu)通常分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩個部分。鏈結(jié)構(gòu)是指單個高分子化合物分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，所以鏈結(jié)構(gòu)又可分為近程和遠程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)屬于化學結(jié)構(gòu)，也稱一級結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序、支鏈類型和長度等。遠程結(jié)構(gòu)是指分子的尺寸、形態(tài)，鏈的柔順性以及分子在環(huán)境中的構(gòu)象，也稱二級結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)等有關(guān)高聚物材料中分子的堆積情況，統(tǒng)稱為三級結(jié)構(gòu)。

三、高分子材料按來源分類

高分子材料按來源分，可分為天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纖維素、蛋白質(zhì)、蠶絲、橡膠、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物為基礎(chǔ)的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。

四、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料等。下面就以塑料和纖維素舉例說明。

（一）、塑料

塑料是一種合成高分子材料，又可稱為高分子或巨分子，也是一般所俗稱的塑料或樹脂，可以自由改變形體樣式。是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、劑、色料等添加劑組成的，它的主要成分是合成樹脂。

塑料主要有以下特性：①大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學性穩(wěn)定,不會銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導熱性低；⑤一般成型性、著色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；⑦尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；⑧多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶劑。塑料的優(yōu)點1、大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、質(zhì)輕。4、容易被塑制成不同形狀。5、是良好的絕緣體。6、塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。塑料的缺點1、回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經(jīng)濟上不合算。2、塑料容易燃燒，燃燒時產(chǎn)生有毒氣體。3、塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。

塑料的結(jié)構(gòu)基本有兩種類型：第一種是線型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合稱為體型高分子化合物。線型結(jié)構(gòu)（包括支鏈結(jié)構(gòu)）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結(jié)構(gòu)高聚物由于沒有獨立的大分子存在，故沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結(jié)構(gòu)的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。轉(zhuǎn)

塑料的應用：透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂?shù)男赂拍罨谕该黛`活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發(fā)的原型總共配備了四個靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨打開和關(guān)閉。導軌用于連接薄板部件，形成一個牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個同樣透明的管子沿車頂結(jié)構(gòu)中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調(diào)節(jié)折疊薄板。這樣可以形成三維立體結(jié)構(gòu)，組件比平坦的薄板更加牢固。同時也大大降低了單個組件的數(shù)量。

（二）、纖維素

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是世界上最豐富的天然有機物，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是自然界中存在量最大的一類有機化合物。它是植物骨架和細胞的主要成分。在棉花、亞麻和一般的木材中，含量都很高。

纖維素的結(jié)構(gòu)：纖維素是一種復雜的多糖，分子中含有約幾千個單糖單元，即幾千個（C6H10O5）；相對分子質(zhì)量從幾十萬至百萬；屬于天然有機高分子化合物；纖維素結(jié)構(gòu)與淀粉不同，故性質(zhì)有差異。

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[關(guān)鍵詞]高分子材料 成型加工 技術(shù)

近年來，某些特殊領(lǐng)域如航空工業(yè)、國防尖端工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展對聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高強度、高模量、輕質(zhì)等，各種特定要求的高強度聚合物的開發(fā)研制越來越顯迫切。

一、高分子材料成型加工技術(shù)發(fā)展概況

近50年來，高分子合成工業(yè)取得了很大的進展。例如，造粒用擠出機的結(jié)構(gòu)有了很大的改進，產(chǎn)量有了極大的提高。20世紀60年代主要采用單螺桿擠出機造粒，產(chǎn)量約為3t／h；70年代至80年代中期，采用連續(xù)混煉機+單螺桿擠出機造粒，產(chǎn)量約為10t／h；80年代中期以來。采用雙螺桿擠出機+齒輪泵造粒，產(chǎn)量可以達到40-45t／h，今后的發(fā)展方向是產(chǎn)量可高達60t／h。在l950年，全世界塑料的年產(chǎn)量為200萬t。20世紀90年代。塑料產(chǎn)量的年均增長率為5．8％，2000年增加至1．8億t至2010年，全世界塑料產(chǎn)量將達3億t，此外。合成工業(yè)的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結(jié)構(gòu)，加速采用大規(guī)模進行低成本的生產(chǎn)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能、高速、美觀、環(huán)保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要．汽車規(guī)模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關(guān)材料工業(yè)的發(fā)展。為降低整車成本及其自身增加汽車的有效載荷，提高塑料類材料在汽車中的使用量便成為關(guān)鍵。

據(jù)悉，目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統(tǒng)汽車材料（如鋼鐵等）。因此，汽車中越來越多的金屬件由塑料件代替。此外，汽車中約90％的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具，在美國、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達的國家，模具產(chǎn)業(yè)超過50％的產(chǎn)品是汽車用模具。目前，高分子材料加工的主要目標是高生產(chǎn)率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質(zhì)方向發(fā)展；成型加工方面，從大規(guī)模向較短研發(fā)周期的多品種轉(zhuǎn)變，并向低能耗、全回收、零排放等方向發(fā)展。

二、現(xiàn)今高分子材料成型加工技術(shù)的創(chuàng)新研究

（一）聚合物動態(tài)反應加工技術(shù)及設(shè)備

聚合物反應加工技術(shù)是以現(xiàn)雙螺桿擠出機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。國外的Berstart公司已開發(fā)出作為連續(xù)反應和混煉的十螺桿擠出機，可以解決其它擠出機（包括雙螺桿和四螺桿擠出機）作為反應器所存在的問題。國內(nèi)反應成型加工技術(shù)的研究開發(fā)還處于起步階段，但我國的經(jīng)濟發(fā)展強烈要求聚合物反應成型加工技術(shù)要有大的發(fā)展。指交換法聚碳酸酯（PC）連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)是縮聚反應器的反應擠出設(shè)備，我國每年還有數(shù)以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產(chǎn)。關(guān)鍵技術(shù)也是反應擠出技術(shù)及設(shè)備。

目前國內(nèi)外使用的反應加工設(shè)備從原理上看都是傳統(tǒng)混合、混煉設(shè)備的改造產(chǎn)品，都存在傳熱、傳質(zhì)過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問題．另外設(shè)備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統(tǒng)反應加工設(shè)備的缺陷。聚合物動態(tài)反應加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無論是在反應加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程，達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應制品的物理化學性能的目的。該技術(shù)首先從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點，解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質(zhì)量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題。新設(shè)備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優(yōu)點，這些優(yōu)點是傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術(shù)使我國聚合物反應加工技術(shù)直接切人世界技術(shù)前沿，并在該領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位。 轉(zhuǎn)貼于

（二）以動態(tài)反應加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)

1.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術(shù)。此技術(shù)克服傳統(tǒng)方式的中間環(huán)節(jié)多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題，將光盤級PC樹脂生產(chǎn)、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體，結(jié)合動態(tài)連續(xù)反應成型技術(shù)，研究酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，研制開發(fā)精密光盤注射成型裝備，達到節(jié)能降耗、有效控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

2.聚合物／無機物復合材料物理場強化制備新技術(shù)。此技術(shù)在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設(shè)計（粒子設(shè)計），在設(shè)計好的連續(xù)加工環(huán)境和不加或少加其它化學改性劑的情況下，利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散，實現(xiàn)連續(xù)化制備聚合物／無機物復合材料。

3.熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將振動力場引入混煉擠出全過程，控制硫化反直進程，實現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化．解決共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題。研制開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備，提高我國TPV技術(shù)水平。

三、高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

近年來，各個新型成型裝備國家工程研究中心在出色完成了國家級火炬計劃預備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃（攻關(guān)）等項目同時，非常注重科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化，完成產(chǎn)業(yè)化工程配套項目20多項，創(chuàng)辦了廣州華新科機械有限公司和北京華新科塑料機械有限公司，使其有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)與裝備在國內(nèi)外推廣應用。塑料電磁動態(tài)塑化擠出設(shè)備已形成了7個規(guī)格系列，近兩年在國內(nèi)20多個省、市、自治區(qū)推廣應用近800臺（套）。銷售額超過1．5億元，還有部分新設(shè)備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家．產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。例如PE電磁動態(tài)發(fā)泡片材生產(chǎn)線2000年和2001年僅在廣東即為國家節(jié)約外匯近1600萬美元，每條生產(chǎn)線一年可為制品廠節(jié)約21萬k的電費。塑料電磁動態(tài)注塑機已開發(fā)完善5個規(guī)格系列，投入批量生產(chǎn)并推向市場；塑料電磁動態(tài)混煉擠出機的中試及產(chǎn)業(yè)化工作已完成，目前開發(fā)完善的4個規(guī)格正在生產(chǎn)試用。并逐步推向市場目前新設(shè)備的市場需求情況很好，聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在對廣州華新科機械有限公司進行重組。將技術(shù)與資本結(jié)合，引入新的管理、市場等機制，爭取在兩三年內(nèi)實現(xiàn)新設(shè)備年銷售額超億。我國已加入WTO，各個行業(yè)都將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

綜上所述，我國必須走具有中國特色的發(fā)展高分子材料成型加工技技術(shù)與裝備的道路，打破國外的技術(shù)封鎖，實現(xiàn)由跟蹤向跨越的轉(zhuǎn)變；把握技術(shù)前沿，培育自主知識產(chǎn)權(quán)。促進科學研究與產(chǎn)業(yè)界的結(jié)合，加快成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進程，加快我國高分子材料成型加工高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是必由之路。

參考文獻：

[1]Chris Rauwendaal，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag，Munich／FkG，l999.

[2]瞿金平，聚合物動態(tài)塑化成型加工理論與技術(shù)[M]．北京：科學出版社，2005 427435．