第一篇：聚乳酸功能材料小論文（范文）

生物可降解塑料－聚乳酸

摘要：本文主要闡述了聚乳酸的合成，改性以及其應用 關鍵詞：聚乳酸 合成 改性 應用

一、前言

目前塑料制品被廣泛應用在各個領域，它在給人們生產、生活帶來極大方便的同時，“白色污染”也對生態系統造成了嚴重的威脅。而且，其原料主要來源于石油類不可再生資源，這勢必將引起嚴重的能源和人類生存危機。聚乳酸（PLA）是一種具有優良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料，這種線型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料,經過酶分解得到葡萄糖再經過乳酸菌發酵后變成乳酸然后經過化學合成得到高純度聚乳酸。聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中30天內會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成CO2 和H2O,隨后在太陽光合作用下又成為淀粉的起始原料不會對環境產生污染，因而是一種完全自然循環型的可生物降解材料。

由于聚乳酸樹脂具有環境保護、循環經濟、節約化石類資源、促進石化產業持續發展等多重效果，是近年來開發研究最活躍、發展最快的生物可降解材料，也是目前唯一一種在成本和性能上可與石油基塑料相競爭的植物基塑料。

二、聚乳酸合成

在聚乳酸生產中，生物技術主要體現在乳酸單體生產上，而由乳酸單體生產乳酸聚合物是常規的聚合物合成技術。生物法由植物性原料生產乳酸的關鍵問題是開發高效、低成本酶催化劑。

聚乳酸的合成主要有兩種方法：

1、乳酸直接縮聚法。在真空下乳酸脫水縮聚直接得到聚乳酸，該法簡單，但得到的聚合物分子量較小，一般小于5000。直接縮聚法的主要特點是合成的聚乳酸不含催化劑，但反應條件相對苛刻，近幾年來通過技術創新與改進，直接聚合法取得了一定的進展，但目前在工業上還少有應用。

直接法（一步法）

2、二步法，也叫非溶劑法或丙交酯開環聚合法。乳酸先脫水環化生成環狀二乳酸，再開環縮聚得到聚乳酸，該法可得到分子量較高的聚乳酸，是目前國內外應用較多的生產方法。二步法生產聚乳酸關鍵技術包括：催化劑和引發劑選擇、丙交酯提純等。

間接法（二步法）

三、聚乳酸改性

聚乳酸(PLA)降解材料具有良好的物理性能和生物相容性,但同時存在著降解速度難以控制,強度和韌性不夠以及致炎效應等缺點,為此人們對PLA 進行大量的改性研究。聚乳酸的改性方法有物理改性、化學改性。物理改性主要是通過共混、增塑及纖維復合等方法實現對聚合物的改性。化學改性包括共聚、交聯、表面修飾等，主要是通過改變聚合物大分子或表面結構改善其脆性、疏水性及降解速率等。現在,人們關注最多的是共聚改性,其通過調節乳酸(LA)和其他單體的比例改變聚合物的性能,或由第二單體給PLA 以特殊性能,特別是該單體為某功能分子時更加受到重視。下面介紹幾種主要的改性方法： 3.1共混改性

共混改性是將兩種或兩種以上的聚合物進行混合，通過聚合物各組分性能的復合來達到改性的目的。共混物除具有各組分固有的優良性能外，還由于組分間某種協同效應呈現新的效應。依據共混組分的生物降解性，可以將聚乳酸共混體系分為完全生物降解體系和部分生物降解體系兩大類。3.1.1 PLA 完全生物降解共混體系

完全生物降解共混體系的另一組分是完全生物降解的高分子。比如：

1、PLA/PHB（聚3-羥基丁酸酯）共混體系：在PLA 同PHB 的共混體系中,PLA 的分子量決定了共混組分的相容性。

2、PA/PCL（ε—己內酯）共混體系：將PLA 和PCL 共混，共混物存在兩個明顯的玻璃化轉變溫度，說明PLA/PCL 共混體系是不相容的。

3、PLA/PEO（聚氧化乙烯）共混體系：使用各種分子量的PEO 同PLA 共混，用以改善PLA 的機械性能和加工性能。

4、PLA/淀粉共混體系：將PLA 與淀粉共混，可以降低PLA 的價格，改善它的降解性。

5、PLA/PPC（聚丙撐碳酸亞丙酯）共混體系：將PLA 與PPC 共混，改善了PLA 的韌性，也解決了增韌劑從制品中向外遷移的問題。3.1.2 PLA 部分生物降解體系

PLA 的另一種共混體系是部分生物降解體系。比如PLA/PVPh（聚對乙烯基苯酚）共混體系。PLA/PVAc（聚醋酸乙烯酯）共混體系。PLA/PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PLA/PMA（聚丙烯酸甲酯）共混體系 3.2 增塑改性

增塑改性就是在高聚物中混溶一定量的高沸點、低揮發性的低分子量物質，從而改善其機械性能與加工性能。例如：把生物相容性增塑劑如檸檬酸酯醚、葡萄糖單醚、部分脂肪酸醚、低聚物聚乙二醇(PEG2400, PEG21500)、低聚物聚乳酸(OLA)、丙三醇添加入聚乳酸基體, 通過研究經增塑后的聚乳酸的玻璃化溫度、結晶溫度、熔點、結晶度、彈性模量、斷裂延伸率的變化可知, 增塑劑的加入使聚乳酸大分子鏈的柔性提高, 玻璃化溫度降低非常明顯, 其彈性模量下降, 斷裂伸長率提高, 即在一定程度上韌性增加。3.3纖維復合改性

聚乳酸可以由干法紡絲或熔融紡絲制得聚乳酸纖維, 由聚乳酸樹脂與聚乳酸纖維通過纖維集束模壓成型可以得到聚乳酸自增強材料;而且可以加工成板狀、棒狀、螺釘等各種形狀。碳纖維具有很高的比強度、比模量, 生物相容性和穩定性好, 同完全可吸收聚合物復合材料一樣, 骨折愈合后也不必二次手術取出。因此采用碳纖維增強聚乳酸制備復合材料可以用作骨折內固定生物材料。磷酸鹽玻璃纖維是一種能在體內完全吸收、活性很好的纖維, 用它可增強PLLA 的強度。在傳統的磷酸鈣玻璃中加入22%(質量)的三氧化二鐵制備的纖維增強PLLA 后的復合材料力學性能得到明顯的改善。但纖維與基體之間界面結合力差, 強度和模量保持的時間較短。3.4共聚改性

共聚改性是目前研究最多的用來提高聚乳酸柔性和彈性的方法,其主旨是在聚乳酸的主鏈中引入另一種分子鏈,使得PLLA大分子鏈的規整度和結晶度降低。目前聚乳酸的共聚改性主要可以分為以下幾個方面:

1、丙交酯與乙交酯共聚聚乙交酯(PGA)是最簡單的線型脂肪族聚酯,早在1970年,PGA縫合線就已以“Dexon”商品化,但PGA親水性好,降解太快,目前用單體乳酸或交酯與羥基乙酸或乙交酯共聚得到無定型橡膠狀韌性材料,其中通過調節LLAPG的比例可控制材料的降解速度,作為手術縫合線已得到臨床應用,其中L2丙交酯與乙交酯GA的共聚物已商品化。

2、聚乳酸與聚乙二醇(PEG的嵌段共聚物)，聚乙二醇(PEG)是最簡單的低聚醚大分子,具有優良的生物相容性和血液相容性、親水性和柔軟性。

3、丙交酯與己內酯(CL)共聚合聚(ε2己內酯)(PCL)是一種具有良好的生物相容性和降解性的生物醫用高分子,其降解速度比聚乳酸慢,因此制備LAPC嵌段共聚物來達到控制降解速度,LAPCL嵌段共聚物近年來由于優異的生物降解和生物相容性受到廣泛的關注,主要用于生物醫學領域。

四、聚乳酸應用 4.1在生物醫學中的應用

聚乳酸是一種具有良好的生物相容性和可生物降解的聚合物，是美國食品藥品管理局(FDA)認可的一類生物降解材料，其最終降解產物是二氧化碳和水，中間產物乳酸也是體內正常糖代謝產物，所以不會在重要器官聚集。它具有對人體無毒、無刺激、可控制生物降解、生物相容性較好，且原料易得等優點，因此聚乳酸及其共聚物已經成為一種備受關注的新興可生物降解的生物醫用高分子材料。其在生物醫學上的應用主要包括在縫合線、藥物控釋載體、骨科內固定材料、組織工程支架等方面的應用。

例如控制釋放就是將藥物或其他生物活性物質和基材結合在一起使藥物通過擴散等方式在一定時間內，以某一速來率釋放到環境中。聚乳酸作為藥物載體時，隨著聚乳酸在體內的降解，其結構變得疏松，內含藥物從中溶解，擴散的阻力減小，藥物釋放速度加快。當藥物釋放速度的加快剛好與含藥量的減少所引起的釋藥速度變慢一致時，就實現了藥物的長期衡量釋放。利用PLA 的末端羥基可以進行功能化，如接載藥物或靶向試劑等，通過PLA 的降解，可以將藥物或靶向試劑進行有效釋放。目前，聚乳酸及其共聚物已被應用到許多藥物的控制釋放中，主要包括生物活性分子(如生長素，牛血清白蛋白)、抗癌物(如順氯氨鉑，阿霉素，博來霉素等)、抗生素(如氯霉素，青霉素等)、麻醉劑、麻醉劑拮抗物、避孕藥以及其他藥物的釋放。4.2 在紡織領域的應用

PLA 在紡織領域的研究應用開發是最近10 年左右開始的。聚乳酸可用紡粘法或熔噴法直接制成非織造布,也可先紡制成短纖維,再經干法或濕法成網制得非織造布。聚乳酸非織造布用于農業、園藝方面,可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等;在醫療衛生方面,可用作手術衣、手術覆蓋布、口罩等,也可用作尿布、婦女衛生巾的面料及其他生理衛生用品;在生活用品方面,可用作衣料、擦揩布、廚房用濾水、濾渣袋或其他包裝材料。

由于聚乳酸纖維的物理力學性能、熱穩定性、和熱塑性好，較軟，較輕、染色性好、有生物相容性，因此用途十分廣泛。下表列出了其主要用途。聚乳酸纖維可制成復絲、單絲、短纖維、假捻變形絲、針織物和非織造布等，目前主要用于服裝和產業領域。

以聚乳酸纖維制得的布料具有真絲的光澤、優良的手感，亮度、吸水性、形狀保持性及抗皺性，因此是較理想的面料，適合做服裝尤其是婦女服裝。鐘紡，由尼契卡等公司還已將聚乳酸纖維的用途擴大到產業領域，聚乳酸纖維在產業領域的主要用途是：在木工工程中作網、墊子、沙袋等；在種植業中作養護薄膜等，在農業、林業中作播種織物，薄膜防蟲放獸害蓋布、芳草袋等，在漁業中做漁網，魚線等，在家用器具中做垃圾網、手巾、濾器等。4.3 在包裝領域的應用 PLA 在包裝領域的用途主要可用做包裝帶、包裝用膜、農用薄膜、泡沫塑料、餐具、園藝用膜、冷飲杯等。2002 年日本一學者開發了具有生物降解性和優良的機械性能以及柔韌性的包裝帶,該包裝帶材料由結晶性聚乳酸、增塑劑和無機填料組成,適用于自動包裝機。

五、結語

近年來,國內外可生物降解塑料得到了很快的發展,成為可持續、循環經濟發展的焦點。無論是從能源替代、二氧化碳減少,還是從環境保護方面都具有重要意義。與其它生物基或者生物降解塑料相比, PLA是其中最具代表性和最重要的一種塑料, PLA具有良好的可降解性、生物相容性,原料易得等優點,其領先地位可以由目前PLA在包裝、紡織、醫藥衛生等領域的廣泛應用,越來越多的PLA新型產品,逐漸增加的在建項目,日益擴大的工業生產規模和加工企業數量,以及與PLA相關的專利及文章的發表來證明,在當今社會必然有著廣闊的研究和應用前景。

六 參考文獻

1、陳佑寧，樊國棟，張知俠，黨西妹 聚乳酸的合成和改性研究進展

科技導報2009，27（17）

2、張望璽，可降解聚合物的合成及改性研究進展，塑料工業，第34卷 第七期

3、王劍峰，生物可降解材料聚乳酸的研究進展，化學工程與設備，2010年 第七期

第二篇：功能材料論文

《功能材料》課程論文

納米材料及其應用

姓 名： 虎少奇 班 級：金材132班 學 號：***3

材料科學與工程學院

河南科技大學

納米材料及其應用

摘 要：納米材料由于其獨特的效應，使得納米材料具有不同于常規材料的特殊用途。近年來，隨著科學技術尤其是納米技術的發展，納米材料已經從高精尖領域逐漸走到百姓的生活之中，它的科學價值及應用價值逐漸被發現和認識，納米技術的研究得到了更多的關注。逐漸新興起的的納米材料進入人們的眼球，就需要我們對納米材料進行更多的研究與發展，揭秘其中的奧秘之處，就像人們所認知的那樣被大家熟知。為此，我們應該付出更多的努力。本文將帶大家探索我們不太熟知的納米材料的奧秘，關鍵詞：納米材料；效應；納米技術；納米結構；應用范圍；

1.納米材料

納米級結構材料簡稱為納米材料，廣義上是三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細顆粒材料的總稱。根據2011年10月18日歐盟委員會通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀、團塊狀的天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆粒總數中占50％以上。從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。

納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

2.納米材料的發展史

1962年，久保提出超微顆粒的量子限域理論，推動了實驗物理學家對納米微粒的探索。第一個真正認識到納米粒子的性能并引用納米概念的是日本科學家。他們在20世紀70年代用蒸發法做了超微粒子，并發現，導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。

1984年德國的H.Gleiter教授等合成了納米晶體Pd, Fe等。并且1987年美國阿貢國立實驗室Siegel博士制備出納米TiO2多晶陶瓷，呈現良好的韌性，在100多度高溫彎曲仍不裂。這一突破性進展造成第一次世界性納米熱潮，使其成為材料科學的一個分支。這使得納米材料飛速發展。1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦《Nanotechnology》和《Nanobiology》兩種國際性專業期刊也在同年相繼問世。標志著納米科學技術的正式誕生。今天，納米科技的發展使費曼的預言已逐步成為現實。納米材料的奇特物性正對人們的生活和社會的發展產生重要的影響。

納米材料的發展分為三個階段：第一個階段（在1990年以前）主要是在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結構的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。第二個階段（1994年以前）是人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，設計納米復合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復合，納米微粒與常規塊體復合及發展復合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導方向。第三個階段（1994年以后）主要是納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注，正在成為納米材料研究的新的熱點。

3.納米材料的五大效應

（1）體積效應

當納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波相當或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等都較普通粒子發生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應。

（2）表面效應

表面效應是指納米粒子表面原子與總原子數之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。表9-2給出了納米粒子尺寸與表面原子數的關系。

（3）量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值時，費米能級接近的電子能級由準連續能級變為分立能級的現象稱為量子尺寸效應。例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規律已不再成立。

（4）量子隧道

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。人們發現一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘產生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應。用此概念可定性解釋超細鎳微粒在低溫下保持超順磁性等。

（5）介電限域

納米粒子的介電限域效應較少不被注意到。實際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質所包圍，而這些介質的折射率通常比無機半導體低。光照射時，由于折射率不同產生了界面，鄰近納米半導體表面的區域﹑納米半導體表面甚至納米粒子內部的場強比輻射光的光強增大了。這種局部的場強效應，對半導體納米粒子的光物理及非線性光學特性有直接的影響。對于無機-有機雜化材料以及用于多相反應體系中光催化材料，介電限域效應對反應過程和動力學有重要影響。

4.納米技術

納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。目前，納米技術主要應用于“袖珍軍團“，微型環狀激光器，納米級微電子軟件，超微型計算機等方面。

5.納米結構

納米結構是以納米尺度的物質單元為基礎按一定規律構筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微粒或半導體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產生的一些新的效應，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機介孔復合體和高分子介孔復合體兩大類，按支撐體的狀態又可將它劃分為有序介孔復合體和無序介孔復合體。在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學特性和磁學特性而展開的。

6.納米材料的制備

（1）惰性氣體下蒸發凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結。國外用上述惰性氣體蒸發和真空原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料，包括金屬和合金，陶瓷、離子晶體、非晶態和半導體等納米固體材料。我國也成功的利用此方法制成金屬、半導體、陶瓷等納米材料。

（2）化學方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結晶法，適宜制備納米氧化物；2水解法，包括溶膠-凝膠法、溶劑揮發分解法、乳膠法和蒸發分離法等。

（3）綜合方法。結合物理氣相法和化學沉積法所形成的制備方法。其他一般還有球磨粉加工、噴射加工等方法。

6.納米材料的應用范圍

就目前而言，納米材料應用主要是天然納米材料，納米磁性材料，納米陶瓷材料，納米傳感器，納米傾斜功能材料，納米半導體材料，納米催化材料，納米計算機，納米碳管，醫

療應用，家電，環境保護，紡織工業，機械工業等方面。而被我們所了解的納米材料大概就有納米磁性材料，納米陶瓷，納米半導體材料了。

（1）納米磁性材料

在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

（2）納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）納米半導體材料

將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。

利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。

總之，納米材料存在我們生活中一切事物之中，只是我們沒有發現而已，就像鴿子大腦里的導航，生活的一些半導芯片，很多的精密儀器之中都可能存在納米材料。納米材料已經在我們身邊大量事物中出現。它的應用前景非常廣闊，我們應該更深一步的研究納米材料，揭開其神秘的面紗。

參考文獻

1.丁秉鈞，《納米材料》，普通高等教育材料科學與工程專業規劃教材，2011-07-27；

2.原繼紅，黃楠，韓曉云，康傳紅，孫治堯，閆爾云，納米材料的應用，《綏化學院學報》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，納米材料的應用，《中國科技信息》，2004年第22期 19,21，課程學習后的收獲與建議： 收獲：

自當學習了功能材料之后，我便從中更深一步了解到了材料的本質，這對我們材料專業的學生來說無疑是最有幫助的，我們是學習材料的，就必須從材料的多個層面去了解，并且熟悉材料，這樣才可以更加熟悉的運用材料的特性，掌握材料的本質。學習本課程之后，我們便可以從只知道材料的一些淺顯的的特性像更深一層的特性去了解掌握。例如導電陶瓷的原理，鐵電體，壓敏陶瓷，氣敏陶瓷等等這些我們聽過和沒有見識過的材料和材料方面的其他知識。就拿形狀記憶合金來說，我們能想到的是它會記憶自己的形態，就像之前學過的Ti合金一樣，但是，卻沒有了解它的基本原理，不知道合金的這種記憶效應是由合金的 “相變化”來實現的，隨著溫度的改變，合金的結構從一相轉變到另一相。

總而言之，學習這門課程對我們來說還是收益頗多的，對我們今后的學習工作都將有頗為重要的作用。

建議：

總的來說對這門課程還是比較感興趣的，當初選這門課程就是沖著自己的興趣去的，龍老師對這門課程也是投入了大量的精力，講課也是相當認真負責；但是，由于課程內容比較抽象，同學們的熱情并不是很高。要是實驗的內容占大部分的比例，或許更容易去理解和感受，更有興趣去了解功能材料。希望在今后的學習中，老師可以帶領我們多去實驗室，在動手過程中幫我們指導學習。

第三篇：功能材料論文

納米復合涂層的研究進展

摘要：綜述了納米復合涂層的制備工藝,包括熱噴涂、納米復合鍍、納米粘結粘涂技術、納米復合涂料技術等;介紹了納米復合涂層在提高材料力學性能、耐腐蝕性、光學、電學、磁學等方面的性能研究,探究了納米復合涂層在科技界和產業界的應用。展望了納米復合涂層的發展、關鍵詞：納米復合涂層;制備;性能;研究進展 自從八十年代初，德國科學家提出納米晶體材料概念以來，世界各國科技界和產業界對納米材料產生了濃厚的興趣和廣泛的關注，到了90年代，國際上掀起了納米材料制備和研究的高潮。納米材料具有特殊的結構和處于熱力學上極不穩定的狀態，表現出有別于傳統材料的不同性能，正是由于納米材料這種獨特的效應，從而使納米材料具有一系列優異的功能特性。隨著相關應用基礎研究的不斷深入和相關技術的不斷完善，納米材料科學與技術已經開始進入應用研究階段。納米材料的合成與成形技術的發展和成熟，尤其是納米材料與表面技術的結合，對于納米材料和表面納米技術的應用和產業化起著至關重要的推動作用[1-3]。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或它們作為基本單元構成的材料[1]。由于量子尺寸效應、小尺寸效應、表面界面效應、量子隧道效應等,使納米材料在力學性能、電學性能、磁學性能、熱學性能等方面與傳統的固體材料有許多不同的特殊性質,成為當今材料科學的前沿和一個開拓性的新領域,有著極為廣泛的應用前景[2]面工程是21世紀工業發展的關鍵技術之一,是先進制造技術的重要組成部分。表面工程是由多個學科交叉、綜合而發展起來的新興學科,它的最大優勢是能夠以多種方法制備優于本體材料性能的表面功能涂層,賦予零件防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能[3]，納米材料與傳統的表面涂層技術相結合,可得到納米復合涂層。納米復合涂層是由兩相或兩相以上的固態物質組成的薄膜材料,其中至少有一相是納米相,其他相可以是納米相,也可以是非納米相[4]。納米復合涂層集中了納米材料的優異特性,因而具有更好的性能,可以在更廣闊的領域應用。

納米復合涂層的制備

1納米熱噴涂技術熱噴涂技術是材料表面強化與保護的重要技術,它在表面技術中占有重要地位。熱噴涂是利用一種熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態,并通過氣流吹動使其霧化并高速噴射到基材表面,以形成噴涂層的表面加工技術〔’〕。納米微粒用于熱噴涂技術中備的納米復合涂層與傳統涂層相比,在強度、韌性、耐蝕、耐磨、熱障、抗疲勞等方面有顯著改善,而且部分涂層可以同時具有多種性能

制備納米復合涂層的熱噴涂方法包括超高速火焰噴涂、真空等離子噴涂、雙絲電弧噴涂等。李春福困等研究了對A1T3粉(納米1A20。與ITOZ混合物,ITO:質量分數為13%)在等離子噴涂中的應用,將經過超聲乳化的納米微粒與A1T3粉末混合,攪拌均勻,在適宜的溫度下燒結,制成適于等離子噴涂用,利用此粉制備的納米復合涂層的流平性能好,元素分布均勻,通孔率減小,涂層殘余應力降低,結合力提高,內部微裂紋減小,涂層耐磨、耐蝕性能明顯提高。丁紅燕等川將分散好的納米1A20。與F102粉(鎳、鉻、硼、硅自熔性合金粉)進行球磨混合制備了混合粉,再利用氧乙炔焰熱噴焊工藝制備了納米IAZ03作為彌散增強相的納米復合涂層,納米微粒在涂層中分散均勻,涂層的耐磨性明顯增強。tSewart等「`習用高速火焰噴涂(Hvo)F制得了WC一co納米復合涂層,在涂層組織中可以觀察到,納米微粒散布非晶態C。相中,結合良好,涂層顯微硬度明顯增加。Kear等〔9」對涂層硬度增加的原因作了進一步解釋。PilaS等[’oJ也利用HvoF制備了ere一NICr納米復合涂層,并對其力學和摩擦性能進行了研究,納米微粒在涂層中分布均勻,涂層的顯微硬度和彈性性質顯著提高,耐磨性增加 用熱噴涂技術所得到的納米復合涂層的結合強度、硬度、耐磨和耐蝕性等都較傳統涂層高,拓寬了這種技術在工業領域的應用。但如納米微粒在涂層的分布、涂層致密度的提高及如何制備優良的納米結構涂料等問題還需要進一步研究。2.物理氣相沉積技術

蒸發和濺射是真空物理鍍膜的兩種主要工藝，其沉積物的全部或部分由物理手段直接提供：前者使鍍料通過熱蒸發而獲得，即蒸發鍍膜；后者是由離子轟擊靶材獲得，即濺射鍍膜。產生濺射效應的離子來源于工作氣體放電，主要是輝光放電。從靶材濺射出來的粒子具有較高的動能，有利于提高涂層的附著力和致密度[4]。濺射鍍膜的研究可追溯至19世紀中。20世紀50年代，隨著高頻濺射技術的突破，濺射鍍膜得到了迅速發展，現有兩極濺射、三極濺射、反應濺射、磁控濺射、雙離子濺射和中頻濺射等多種沉積工藝。1964年，Mattox在前人研究的基礎上推出離子鍍系統，用于在金屬底材上鍍制耐磨和裝飾等用途的涂層[6]。離子鍍是指鍍膜與離子轟擊膜層同時進行的物理氣相沉積技術。離子轟擊可以改善膜層與基體之間的結合強度，改善膜層的結構(例如細化晶粒和提高致密度)和性能。事實上，離子鍍是以蒸鍍和濺射這兩種PVD技術為基礎，再加上離子轟擊而衍生的次級技術 3.離子鍍技術

目前，工業應用的離子鍍技術主要是以蒸鍍為基礎的陰極電弧離子鍍[7]。通過以靶材(鍍料)作為陰極，真空室作為陽極并接地，進行弧光放電。弧光放電僅在陰極(靶材)表面的弧斑處進行，其溫度高達8000~40000K。高溫下弧斑噴出的物質有電子、離子、原子和液滴。其中，離子占30%~90%。將工件加上例如100~200V負偏壓，吸引離子向工件方向運動，即可實現離子鍍。電弧離子鍍在20世紀80年代在美國實現產業化，并沿用至今。最近采用脈沖偏壓技術，導致鍍膜過程遠離平衡態特性，有利于提高涂層的結合強度，降低內應力。這種技術具有沉積速度快、附著力強、適合工業化生產等許多優點，但最大的問題在于靶材噴出的液滴會影響涂層的表面光潔度和均勻性。1985年，Window等在研究濺射技術時，提出增大普通磁控濺射陰極的雜散磁場，從而使等離子體范圍擴展到基體附近的非平衡磁控濺射陰極[8]。普通磁控濺射陰極的磁場將等離子體緊密地約束在靶面附近，基體(工件)附近的等離子體很弱，只受到輕微的離子和電子轟擊。而非平衡磁控濺射陰極的磁場可將等離子體擴展到遠離靶面處，使基體浸沒其中。這有利于以磁控濺射為基礎來實現離子鍍，并使磁控濺射離子鍍與陰極電弧蒸發離子鍍處于競爭和互補的狀態。英國TeerCoatings公司從20世紀90年代開始推出非平衡磁控濺射離子鍍的一系列設備，用于研發和生產[9-10]。與電弧離子鍍相比，濺射離子鍍克服了涂層表面粗糙的難題，而且在涂層化學組分上更易于控制和調節，是目前較為新穎的一種硬質涂層合成技術。利用離子鍍技術實現產業化的硬質涂層有TiN系列(包括TiC和TiCN等)硬膜、TiAlN抗高溫氧化膜、CrN耐磨耐腐蝕膜、ZrN高溫高強膜以及類金剛石DLC)和MoS2固體潤滑膜等，它們已廣泛用于刀具、模具和機械零部件等領域[11-13]。這些硬涂層的硬度一般為15~30GPa(注：純金剛石硬度為100GPa，石英為10GPa)。由于單一涂層材料往往難以滿足提高綜合性能的要求，因此涂層成分將趨于多元化、復合化。例如TiN系列硬質膜正向納米多層膜發展，其中包括TiN/TiCN、TiN/TiAlN和TiN/CrN等納米多層膜。另一種類型是碳系列硬質膜及其復合涂層，包括DLC、CNx及其多層復合涂層。此外，還有TiN系膜與碳系硬質膜的復合涂層(如TiN/CNx)等。納米多層涂層具有可控的一維周期結構，交替沉積的單層膜厚度一般不超過5~15nm。一般認為，納米多層涂層的高硬度主要是由于層內或層間位錯運動受阻所致。進一步的研究表明，納米多層涂層的性能與涂層的周期膜厚有很大關系[14]，當在形狀復雜的刀具或零件表面沉積納米多層膜時，很難均勻控制各層的膜厚，同時在高溫工作環境下，各層間的元素相互擴散也會導致涂層性能下降。

納米復合涂層的性能研究

力學性能

納米粒子的加人對于傳統涂層力學性能有很大的改善。納米微粒作為彌散相分布在涂層中,增強了涂層與基體間的結合,提高了涂層的耐磨性。納米iToZ分散在iN一P鍍液中利用化學鍍制備的納米復合鍍層,鍍層的硬度大于80HV,硬度的增加提高了鍍層的高溫抗氧化能力。利用電沉積的方法,將納米iN微粒加入到SIC中,在納米微粒添加到3%時,復合涂層的顯微硬度較傳統涂層提高了2倍[31] 蔣斌等[32]利用電刷鍍技術制得的納米SiO2/Ni復合涂層的抗疲勞性得到很大的提高,在不同的作用力下,納米復合涂層的抗疲勞性能都比未添加納米微粒時增加;經過退火處理后,涂層的抗疲勞程度更高。張而耕等人[33〕向PsP中分別加人納米級SiO2和微米級SiO2,對兩種復合涂層的力學性能進行了對比果表明,納米復合涂層的附著力和耐沖擊性都較微米級粒子的好,耐沖蝕磨損性能也有很大的提高,約為普通涂層的26倍,沖蝕磨損后涂層表面較為光滑,無裂紋和凹坑。將改性的納米微粒加入熱處理過的聚合物中,由于聚合物結晶度的改變及改性納米微粒的作用,提高了納米復合涂層的耐沖擊性和熱穩定性【34】，納米SiO2對環氧樹脂的改性也有顯著效果,添加納米微粒之后,復合涂層的拉伸強度提高了26%,無缺口沖擊強度提高了30%[35〕。iN納米微粒添加到聚氨酷中,復合涂層的摩擦系數減小,耐磨性提高[’36〕。環氧樹脂與聚醋的混合物經過納米Al2O3的改善,在納米微粒添加到8%時,沖擊強度較未加納米微粒的混合物及純環氧樹脂分別增加了110%、400%,拉伸強度則分別增加了4%、165%;同時,涂層的介電性和耐熱性也得到提高[37] 光、電、磁學性能

無機材料TiO2:、ZnO等具有很強的光催化功能,可利用紫外線或日光將有機物氧化為CO2和水。將納米TiO2:添加于涂料中,制成光催化涂料,利用陽光分解環境污染物,達到減少污染、保護環境的目的利用TiO2:的透明性、紫外線吸收性,將納米TiO2:金屬閃光材料與鋁粉顏料或珠光顏料等混合用在涂料中,能產生隨角異色效應,可制作汽車金屬閃光面漆,這種漆還具有極強的附著力和耐酸堿性能,在高檔汽車涂料、商標印刷油墨、特種建筑涂料等具有很大的應用市場

納米復合涂層因納米微粒的導電性可制成抗靜電材料。諸如納米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半導體特性的氧化微粒制成具有良好靜電屏蔽性能的涂料,而且可以調節顏色。在化纖品中加人金屬納米微粒可以解決其靜電問題,提高安全性[[38] 米金屬微粒具有較大的比表面,而且具有較好的吸收電磁波的特性,利用這個特性可以開發納米隱身涂料。納米磁性材料特別是類似鐵氧體的納米磁性材料加人涂料中,既有優良的吸波特性,又有良好的吸收和耗散紅外線的性能,加之相對密度小,在隱身方面的應用有明顯的優越性。采用單磁疇針狀微粒制備的納米復合涂層,具有單磁疇結構,高矯頑力,用它做磁性記錄材料可以提高記錄密度,提高信噪比。納米復合涂層的應用

近年來，不少研究機構采用PVD(包括磁控濺射)技術制備納米復合涂層，例如nc-TiN/a-Si3N4、nc-TiN/BN和nc-TiAlN/a-Si3N4等。初步研究結果顯示，納米復合涂層在金屬加工特別是干切削中有良好的應用前景。納米復合涂層技術之所以能夠起到這種重要作用，根本原因在于材料的納米尺寸效應，即當晶粒尺寸進入納米尺度范圍(<10nm)時，物質顯示出與常規材料截然不同的特性(例如超高硬度)[16-17]。納米復合涂層及其在干切削加工中的應用是目前高性能刀具的研究開發熱點。硬質涂層的應用可減小刀具與工件的摩擦，降低刀具在切削中的磨損，延長刀具的使用壽命。此外，高精度數控機床的應用和普及，綠色制造理念的提出，各種高硬度、高韌性的難切削材料的加工，使干切削技術愈來愈受到重視，同時也對刀具涂層技術及涂層材料提出了更高要求。而納米復合涂層的發展順應了現代機械加工對高效、高精度、高可靠性和環保的需求。迄今為止，納米涂層在制造業上的應用已初見成效[18]。例如，瑞士Platit公司利用LARC?(LateralRotatingARC-Cathodes)技術開發的新一代nc-TiAlN/a-Si3N4納米復合涂層以及其他納米多層膜，其高溫硬度十分突出[19-20]；德國CemeCon公司推出了新的納米結構(Supernitrides)涂層[21]，這類涂層將硬質涂層的抗磨損性能及氧化物涂層的化學穩定性結合起來，在應用中表現出極佳的熱穩定性；Balzers和Teer等公司在硬質涂層表面上再鍍上固體潤滑納米涂層如WC/C和MoS2/Ti，發現刀具的干切削效能得到進一步提高[22-23]。結論

將納米材料與表面涂層技術相結合制備出的納米復合涂層較傳統涂層有更大的優越性。納米復合涂層均勻、結構致密,有更好的力學性能如耐磨性、硬度、抗氧化性和耐腐蝕性等。利用納米材料的不同性質,在其他領域中,納米復合涂層也展示其誘人的前景,利用納米微粒光催化作用制備的納米復合涂層用于室內、醫院及某些公共場合可以產生很好的抗菌、殺菌及自清潔功能;納米微粒特有的吸波能力,使得復合涂層廣泛應用于飛機、導彈、軍艦等武器裝備上；利用納米復合涂層中納米微粒對環境的敏感性,可望制備出小型化、多功能、低能耗傳感器,如紅外線傳感器、壓電傳感器、光傳感器等。用分子自組裝技術已經制備了很好的雙疏性單分子膜,具有很好的摩擦學性能〔43,〕;將TiO2納米線與聚合物單體在玻璃片上用浸涂法成膜,再用紫外光照射引發原位聚合,得到TiO2:納米線彌散在高聚物的納米復合膜〔44,這種納米復合膜具有良好的減摩功能[45];同時,還利用原位復合技術制備了含氟聚合物一納米TiO2/聚丙烯酸丁醋納米復合膜及摩擦性能復合涂層,涂層具有很好的疏水效果[46]。

納米復合涂層的研究還處于剛剛起步階段,有很多問題有待于進一步研究,如納米微粒表面修飾和包覆、納米功能涂層的制備、納米微粒與表面涂層技術的結合等方面。在納米材料的制備合成技術不斷取得進展和基礎理論研究日益深人的基礎上,納米涂層將會有更快、更全面的發展,制備方法也在不斷得到創新和完善,其應用將遍及多個領域。

參考文獻

1.張立德，牟季美，納米材料學[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1994，10 2.Cheiter H.[J].金屬學報，1997,33(2):166 3.吳秋允，等.[J].材料研究學報，1997,11(3):331~334 4.

第四篇：功能材料學課程論文

課

程

論

文 評 分 標 準

論文題目自擬（功能材料方向）

寫作要求：

1、論述某一種功能材料的概念、分類、進展、應用、發展趨勢。（40分）

2、論文書寫順序為：題目、作者、摘要、介紹、正文、結論、參考文獻。（10）

3、語言流暢，用詞規范，論證條理清晰，論據充分，重點突出，立意新穎，結合實際。（20分）

4、嚴禁抄襲，發現后按不及格處理。

5、字數在3000字以上。（10分）

6、論文格式要求，用Word文檔格式，A4紙，頁面設計選用Word文檔默認參數，第2行標題3#黑體居中；第3行為空行，第4行姓名小4#楷體居中；第5行學院、專業小4#楷體居中；第6行為空行，第7行摘要小五宋體；另起行關鍵詞小五宋體；正文與關鍵詞之間空一行，5#宋體首行縮進2個字符。（10分）

7、參考文獻用小5#宋體。（10分）

期刊：[序號] 作者.題名[J].刊名，出版年，卷號（期號）：起止頁碼.書籍：[序號] 作者.書名(版次，第1版不標注)[M].出版地：出版者，出版年.起止頁碼.論文集：[序號] 作者.題名[A].論文集編者.文集名[C].出版地：出版者，出版年.起止頁碼.學位論文：[序號] 作者.題名[D].保存地點：保存單位，年份.報紙：[序號] 作者.題名[N].報紙名，出版日期（版次）.

第五篇：聚乳酸的國內外現狀及發展趨勢

聚乳酸的國內外現狀及發展趨勢

方群 Fangqun 摘要：聚乳酸是一種具有良好的生物相容性、可生物降解性和生物吸收性的脂肪族聚酯類高分子材料，主要原料乳酸來源于玉米等天然材料，其無刺激性、無毒副作用，對人體高度安全，對環境友好，可塑性好，易于加工成型，被公認為新世紀最有前途的藥用高分子材料和新型包裝材料。本文詳述了聚乳酸類材料藥物緩釋材料及臨床應用等藥學領域中的研究進展，展望了未來聚乳酸類材料的研究及應用方向，為在克服聚乳酸材料原有缺陷的基礎上開發出新用途的藥學類材料提供有效的資料依據。

關鍵詞：聚乳酸 藥用高分子材料 現狀 發展趨勢

Domestic and overseas study and developing trends of PolylacticAcid Abstract:Polylacticacid

is

an

aliphaticpolyester

with

excellent biocompatibility,biodegradeability and bioabsorbability,and has been extensively applied in biomaterials.The principalraw material,lacticacid,is derived from cornandother natural materials.It is nonirritating and has nontoxic effects,and is thus safe for humanuse.Because of its biodegradability,it is also environmentally friendly.Polylacticacid shows high plasticity and is easy to form,and is considered to be the most promising biomedicalndpackaging material.Finally,we discuss the future prospects for the research and application of polylacticacid biodegradable materials.This paper also provides effective information to help researchers develop new medical materials to overcome the current limitations of polylacticacid-based materials.Key Words：PolylacticAcid developing trends , polymers for pharmaceuticals , Status quo ，面對日益枯竭的石油資源，符合潮流的生物降解材料作為高科技產品和環保產品正成為一個研發熱點。聚乳酸（PolylacticAcid，PLA）是一種人工合成的可生物降解的熱塑性脂肪族聚酯，主要原料乳酸又是可再生資源，其無毒、無刺激性，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，最終完全生物降解為二氧化碳和水，力學強度高，不污染環境，可塑性好，易于加工成型，有著廣泛的研究和應用前景，符合當今所倡導的可持續發展戰略，被公認為新世紀最有前途的生物醫用材料和新型包裝材料之一[1]。

1.聚乳酸的基本介紹

1.1聚乳酸的基本性質 聚乳酸(PLA)是以微生物的發酵產物L_乳酸為單體聚合成的一類聚合物，有獨特的可生物降解性能、生物相容性能和降解后不會遺留任何環保問題等特點，將成為未來應用發展前景廣闊的生態環保材料。

聚乳酸耐水但是不能耐高溫。雖然不是水溶性的，但是海洋環境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。這種塑料類似透明的聚苯乙烯，表現出很好的外觀（有光澤和透明度），但它是硬為且脆的材料，在大多數實際應用中需要改性（例如用增塑劑來提高其柔韌性）。它可以和許多熱塑性塑料一樣被加工成纖維、薄膜，熱成型或者注塑成型。

1.2聚乳酸的性能

聚乳酸(PLA)是一種典型的合成類可完全生物降解材料，由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、對環境友好、良好的力學性能及易于加工成形等優點，目前已被廣泛應用于生物醫用高分子、紡織行業、農用地膜和包裝等行業。

1.3聚乳酸類生物可降解材料的合成

合成聚乳酸的原料是乳酸，其分子中含有一個手性碳原子，具有旋光性。因此，聚乳酸具有左旋聚乳酸(L-PLA)、右旋聚乳酸(D-PLA)、外消旋聚乳酸（D，L-PLA）和內消旋聚乳酸(meso-PLA)等幾種光異構聚合體，其中最常用的是左旋異構聚合體L-PLA。各種異構PLA的合成方法相同，均以乳酸或其衍生物乳酸酯為原料，其具體合成工藝大致可分為間接合成二步法、直接合成法和共聚改性法3種。合成技術的進展主要體現在對具體工藝的改進和完善上。

2.聚乳酸的基本應用

聚乳酸的熱穩定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，光華偉業開發的聚乳酸（PLA）還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝(內衣、外衣)、產業(建筑、農業、林業、造紙)和醫療衛生等領域。

2.1聚乳酸在食品包裝材料方面的應用

聚乳酸（PLA）用作食品包裝材料有其獨特的優勢，其完全可以替代傳統的包裝材料，而且其獨特的環保性讓其在包裝材料的未來發展中占有重要的一席。PLA 材料具有光潔的表面和高度的透明度，因此可以在食品包裝應用領域同聚苯乙烯和PET競爭。PLA目前已經應用于如水果蔬菜、雞蛋、熟食和烘烤食品的硬包裝。PLA 薄膜正在用于三明治、餅干和鮮花等商品的包裝上。還有將PLA吹塑成瓶子用于包裝水、湯、食品和食用油等方面的應用[2]。

聚乳酸有良好的機械性能及物理性能，適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便。可用于加工從工業到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒。聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密閉性。在常溫下性能穩定，但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會自動分解。使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環境，這對保護環境非常有利。聚乳酸的分解分成兩個階段：首先是純化學水解成乳酸單體，然后乳酸單體在微生物的作用下分解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全分解，真正達到了生態和經濟雙重效應[3]。

2.2藥物控制釋放體系

用可降解的生物高分子作藥物載體長期植入體內后，可以控制藥物的釋放速度，并實現藥物的靶向釋放，提高藥效。

2.3骨科組織工程材料

PLA是骨組織工程中的優選材料之一，在硬骨組織再生、軟骨組織再生、人造皮膚、神經修復等方面均可作為細胞生長載體，并取得了令人滿意的結果[4]。

3.關于聚乳酸性能的研究

3.1聚乳酸的優缺點

PLA 的最大優點是它在諸如體液的水性環境中能靠酯鍵的簡單水解而進行降解。PLA及其共聚物因具有無毒無菌、良好的生物相容性、生物可降解性及組織可吸收性，應用研究范圍主要集中在生物醫學工程領域，如藥物控制釋放體系、骨折內固定物、組織修復、細胞培養和醫用手術縫合線等[5]。通過調節分子量、結構和組成等手段可改善PLA的力學性能和降解速度，以滿足不同的臨床要求，并且它的最終降解產物是H2O和CO2，參與人體的新陳代謝，中間產物乳酸也是體內正常糖代謝產物，所以不會在重要器官聚集。

PLA的不足，PLA是親油性的，表面疏水性強，嚴重的影響了其與細胞的親和性，導致細胞在大量分化時受阻。其降解物積累在體內成酸性，PLA單靠分子量及分布來調節降解速度，降解周期也難于控制。而且PLA硬度大，限制了它在治療周圍神經缺損中的應用。當植入人體的PLA片材較大時，會由于在降解過程中產生的濃度過大并積累，從而造成非感染性炎癥，嚴重時局部積水。另外，PLA結構中不含細胞可識別分子，不能對細胞實現特異性吸附，在組織工程中不能發揮優勢[6]。

3.2生物相容性

有許多學者進行了體內植入材料的研究，包括載藥微球、骨折內固定材料、緩釋片材等在體內的降解情況，均未發現異物反應和炎癥反應。但也有報道PLA于體內降解速度過緩而出現異物反應、遲發性無菌性炎癥反應，但一般僅有植入初期的輕度炎癥反應，多為出現中性粒細胞和少量淋巴細胞，無炎性浸潤，降解時的吞噬反應以單核細胞和巨噬細胞為主，對周圍組織生長及修復并無干擾。

3.3生物活性

PLA載體系統本身并無生物活性，而是當其吸附具有某種生物活性的多肽或蛋白類藥物后才能發揮生物活性作用。有學者研究發現，制備方法可影響藥物的生物活性。所以如何確保藥物在載體系統制備、貯存及應用過程中藥物的生物活性完整保留是目前研究的熱點和難點[7]。

3.4載藥材料穩定性

目前對空白載藥系統穩定性的研究很多，其中shaneem等人發現，載藥材料對溫度、壓力的耐受力較差，故對其消毒滅菌應采用射線、環氧乙烷等非高溫高壓手段。同時制作工藝對其穩定性也有一定影響[8]。

4.聚乳酸的藥用研究概況

緩釋、控釋制劑又稱為緩釋控釋系統，它們不需要頻繁給藥，能在較長時間內維持體內有效的藥物濃度，從而可大大提高藥效進而降低不良反應[9]。PLA作為藥物緩釋材料已有較長歷史，早在1970年Yolles等率先將PLA用作藥物長效緩釋制劑載體，1976年PLA被成功的用于狗體內釋放L-18甲基炔諾酮以控制生育。近30年來，PLA及其共聚物被用作一些半衰期短、穩定性差、易降解及毒副作用大的藥物控釋制劑的可溶蝕基材，有效地拓寬了給藥途徑，減少給藥次數和給藥量，提高藥物的生物利用度，最大程度減少藥物對全身特別是肝、腎的毒副作用[10]。

PLA藥物控釋裝置可以分為兩種類型：基材型（藥劑溶解或分散在聚合物材料中）和儲存器型（聚合物將活性藥劑包裹在中心）。PLA藥物控釋裝置可以做成微球、纖維、薄膜、圓片、小丘、圓柱體、和凝膠狀，這些裝置可以分為植入型和注射型兩類。近年來，也有人試圖利用多羥基化合物與PLA-PLGA形成星狀、梳狀共聚物，以克服多肽、蛋白質類藥物釋放不連續性和控制多相藥物的釋放率，最終通過枝狀聚合物的序列和空間結構來影響某些藥物的緩、控釋行為，以及微[11]球載藥的包裹率。

目前PLA及其共聚物類緩釋制劑已有正式產品上市的有：促黃體激素釋放激素（LHRH）類藥物戈舍瑞林皮下植入劑(商品名Zoladex)、亮丙瑞林肌肉注射混懸劑(商品名Enantone和Lupron)、皮下注射混懸劑(TAP-144-SR)、促甲狀腺激素釋放激素（TRH）類藥物曲普瑞林(商品名Decapeptyl)、抗生素苯唑西林(商品名ProstapSR)等[12]，TRH類藥物普羅瑞林的PLGA緩釋制劑在部分國家已上市，我國從1993年起也有出售。部分制劑已處于臨床觀察階段，如LHRH類藥物布舍瑞林PLGA皮下植入劑，那法瑞林PLGA肌肉注射微球劑，訣諾酮的PLGA微球制劑等，不久也將上市。已經或正在研究的藥物很多，主要是抗生素及抗癌化療用藥、解熱鎮痛藥、神經系統用藥、激素及計劃生育用藥、多肽藥物和疫苗等，都處于實驗室研究或動物試驗階段[13]。

用PLA作為緩釋基質來控制生物活性物質的釋放，其優點有：（1）聚合物載體無毒；（2）按藥物釋放的要求，可以通過改變共聚物的組成來控制其降解速度；（3）緩釋劑載體可通過溶液或熔體來制作，這樣就可以方便的獲得緩釋設計效果[14]。

5.聚乳酸在國內外的發展

5.1聚乳酸在國內的發展

聚乳酸在中國也在加快開發和應用之中。華東理工大學直接縮聚合成高分子量PLA項目通過上海市教委和科委的鑒定。聚乳酸是可完全生物降解的合成高分子材料,可用于薄膜、緩釋農藥、肥料、包裝材料、骨固定和修復材料、藥物釋放、醫用縫合線等多種生產領域。該校經過研究,提出了密閉體系中利用脫水劑進行固相縮聚以制備高分子量PLA的新工藝。該工藝簡單、合理,技術具有獨創性,工業化應用前景廣闊[15]。

清華大學、長春應化所、天津大學和同濟大學等在PLA和PHA(聚羥基烷基酸酯)領域開展研發工作,國內現已形成的10萬t/a乳酸、100t/a PHA的生產能力,為加快PLA和PHA研發與生產做好了技術儲備。目前國內越來越多的大型生物發酵和塑料加工企業參與了PLA和PHA的研發和生產,如華北制藥廠、安徽豐原集團、廣東星湖集團、上海同杰良生物材料有限公司、武漢華麗環保科技有限公司、浙江海正集團有限公司、北京燕山石油化工股份有限公司等,為PLA和PHA產業化發展提供了強大的物質基礎。我國江西國橋實業有限公司研制的PLA針刺非織布通過江西省經貿委組織的技術鑒定。該產品以PLA為原料,采用國際先進的高速氣流牽伸直接成布技術生產,具有優良的生物相溶性和降解性,是一種新型環保無紡布產品,主要應用于工業、農業、醫療衛生、環境工程及生活用品等領域。PLA纖維試制成功,填補了國內空白,建議迅速擴大生產規模。江西國橋實業有限公司是香港國橋實業(集團)有限公司的分公司,主要產品有：國橋牌0紡粘法聚酯長絲熱軋非織布、紡粘法聚酯長絲針刺土工布、聚酯長絲基胎、地板革[16]基布、工業濾布等。

5.2聚乳酸在國外的發展

EMS伊文達-費希爾(Inventa Fisher)公司于2003年就使其基于PLA的生物降解聚合物生產工藝推向工業化,該公司與德國AIB農業技術研究院和FIAP聚合物研究院合作,在德國農業部支助下,開發了基于淀粉的技術生產PLA[17]。該公司將投資3000萬美元在德國東部建設3000t/a PLA驗證裝置,并放大到215萬t/a。該工藝可使谷物、裸麥或小麥通過連續發酵轉化成乳酸,乳酸再聚合成PLA,提純過程采用膜法工藝。該公司在AIB農業技術研究院擁有發酵和提純裝置,在FIAP聚合物研究院擁有聚合和縮聚裝置。PLA產品用于制造可生物降解的食品容器和包裝物。該公司并在2005年使用該工藝生產纖維級PLA。該技術可應用于大達10萬t/a的裝置,生產費用約為1125歐元/千g,而3000t/a裝置生產費用為212歐元/千g,與其他工程塑料相比也具有較好的經濟競爭力[18]。

歐洲可生物降解塑料生產商在耐溫PLA開發和生產方面取得了突破。這種新的材料稱為Hycail XM 1020,可耐溫200e而不變形。盛有脂肪和液體食品的材料經微波加熱也不變形或應力破壞。用這種材料制作的杯子盛有橄欖油,可經受205e下微波加熱達30min。這種Hycail材料增強抗熱性而不影響其他性質,如透明度、可加工性和強度。據稱,這種材料是將PLA推向了高性能熱塑性塑料領域。HycailPLA材料在荷蘭Noordhorn的生產裝置每年已生產數百t,并準備建設產能至少為215萬t/a的大型裝置[19]。

6.總結

雖然PLA的研究已有相當長的歷史，但距大規模的應用還有相當長的一段距離，尤其是在獸醫領域，將來醫用PLA的應用領域將進一步拓展，對PLA的共聚物、微孔材料、復合材料的研究將得到強化，對PLA體內降解特性和降解產物的生物效應的研究還需加強。從理論上解釋單體聚合方法、結構及性質之間的關系并進一步建立分子設計理論對PLA的研究及應用具有重要意義。在PLA及其共聚物的合成中，尋找一種高效無毒的催化劑及適當反應途徑合成分子量可控制的聚合物是目前研究的重要課題[20]。

鑒于PLA材料在醫藥上具有其它材料無可替代的作用，對它的研究將會不斷地深入，以其為材料制成的醫療用品也將不斷增加，在醫療上的應用范圍將迅速擴大。對于PLA的合成和應用研究，今后主要考慮以下幾個方向：研發高效低成本的LA制備方法；尋找更適宜的乳酸菌種和培養條件；在均聚物的合成上，集中研究使用無毒或低殘留量的催化劑進行聚合反應；研究能夠自由控制聚合度并得到相對分子量分散度窄的聚合物；縮短反應時間并緩和反應條件；拓展對PLA共聚物的合成研究。通過不同單體與LA(包括各種異構LA)的二元或多元共聚物，研究合成適應于不同醫療或其它用途的、具有優良生物相容性的PLA共聚物高分[21]子材料。

可以預見，隨著生物可降解材料用途的不斷擴展及更多此類產品商品化，有關的研究工作和生產都可以得到進一步發展。前面提到的一些薄弱環節可望逐步克服，推廣應用于生產的品種也會越來越多。因此，PLA及其共聚物在各方面的應用正面臨良好的發展前景。

參考文獻

[1] 盛敏剛,張金花,李延紅.環境友好新型聚乳酸復合材料的研究及應用[J].資源開發與市場,2007,23(11):1012-1014,1028.[2] 王艷輝(Wang Y H),王樹東(Wang S D),吳迪鏞(Wu DY).環境科學進展(Progress in Environmental Science),1999, 1: 73—77 [3] 席靖宇(Xi J Y),王志飛(Wang Z F),呂功煊(Lu G X).物理化學學報(Acta Physico-Chimica Sinica), 2001, 17(7): 655—658 [4] 袁芳，聚乳酸合成工藝研究，CNKI:CDMD:2.2003.097065，2003,TQ316 [5] 錢伯章，可生物降解塑料的發展現狀與前景 [J] World Plastic，2010，28（8）；38-43 [6] 孫麗芳 劉芝蘭，生物降解材料聚已內酯的研究與應用前景，科技產業，2002,23；33-35 [7] 王尊元,馬臻,沈正榮.聚乳酸的制備及其影響因素的研究[J].齊魯藥事,2006,25(10):619-622 [8] 封瑞江,時維振.聚合方法和擴鏈劑對乳酸聚合物相對分子質量的影響[J].石油化工,2001,30(2):103-105 [9] 耿琴玉,胡學梅.聚乳酸纖維的性能特征及其產品開發[J].棉紡織技術,2004(4):62-64.[10] 張國棟,楊紀元,瑪德新.聚乳酸的研究進展[J].化學進展,2000,12(1):89-91.[11] 國內外超高分子質量聚乙烯纖維的開發應用進展[EB/OL]2007.11.30.http://www.tmdps.cn [13] 樂秀娜,于俊榮.超高相對分子質量聚乙烯纖維及其應用[J].高科技纖維與應用,2003,28(3):23-27.[14] 雷燕湘.聚乳酸技術與市場現狀及發展前景[J].當代石油石化,2007,15(1):39-43.[15] 胡洪國,田豐,目玉華,等.聚乳酸及其共聚物的國內外研究現狀和進展[J].國外建材科技,2000,21(1):1-4 [16]D.Can and M.Marucci Polymer, 1997, 38(8):1879一1884.70中小企業科技2007.10 [17]Hunter W.of the structure and diseases of articulating cart ilages [J].Phil Trans,1743, 470:514-521.[18]Jooeph A.Integration of science into orthopaedic practice:implications for solving the problem of articular cartilage repair[J].J Bone joint surg[Am]，2003, 85-A(supplement 2):1-7.[19]方麗茹，翁文劍，沈鴿.骨組織工程支架及生物材料研究閉.生物醫學工程雜志，2003, 20(1)2: 148-152.[20] Anita W, Shum T,Artuhur F.Morphological and biomechanicalcharacterization of poly(glycolic acid)scaffolds after in vitro degradation.Polymer Degradation and Stability,2003,81(1):141-149.[21]陳蕾，戴紅蓮，閏玉華.聚乳酸及其復合材料的研究進展[J]生物骨科材料與臨床研究，2005, 08, 2(4):45-48.