聚乳酸的合成毕业论文,不知如何下手,能不能发给我一下,材料都行,跪求!164521777@qq.com
聚乳酸是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的聚合物,但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性,具有与聚酯相似的防渗透性,同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、清晰度和加工性,并提供了比聚烯烃更低温度的可热合性,可采用熔融加工技术,包括纺纱技术进行加工。因此聚乳酸可以被加工成各种包装用材料,农业、建筑业用的塑料型材、薄膜,以及化工、纺织业用的无纺布、聚酯纤维、医用材料等等。
适合的加工方式有:真空成型、射出成型、吹瓶、透明膜、贴合膜、保鲜膜、纸淋膜,融溶纺丝等。
聚乳酸(PLA)的原料主要为玉米等天然原料,降低了对石油资源的依赖,同时也间接降低了原油炼油等过程中所排放的氮氧化物及硫氧化物等污染气体的排放。为了摆脱对日趋枯竭的石油资源的依赖,大力开发环境友好的可生物降解的聚合物,替代石油基塑料产品,已成为当前研究开发的热点。根据我国可持续发展战略,以再生资源为原料,采用生物技术生产可生物降解的聚乳酸(PLA)市场潜力巨大。将粮食产品深加工,生产高附加值的产品是实现跨越式经济发展的重大举措。
国内聚乳酸市场分析:
我国是一个生产塑料树脂材料及消费大国,年生产各类塑料制品近1900多万吨。大力开发生产对环境友好的EDP塑料制品,势在必行,这有益于减少石油基塑料制品所带来的环境污染和对不可再生石油资源的依赖及消耗。目前,国内有多家企事业单位从事“聚乳酸〔PLA〕”聚酯材料的研究及应用工作,国家和省及部委也将PLA开发项目列入“九五”、“十五”、“863”、“973”、《火炬计划》、《星火计划》、“十一五”和《国家中长期科学科技发展规划》重点科研攻关项目。但是,目前国内PLA产业化步伐缓慢,产品经过多年的研发仅有浙江海正集团和上海同杰良生物技术有限公司等较有实力的企事业单位较有成效,江阴杲信也开发了粒子,纤维和无纺布等产品,PLA聚酯材料主要依赖国外进口,由于PLA原料进口价格比较昂贵,这也限制了PLA高分子材料在我国的应用和发展。
随着我国加入世贸组织,先进的生产技术和设备及新产品大量进入国内市场,这也促使国内一些企事业单位和集团公司及乳酸生产厂家着手建立PLA产业,以国内丰富的资源优势和科研院校的技术优势及人力资源优势与国外PLA产品抗衡,并使国内能顺利的形成以PLA产品为代表的消费市场,并且能够出口创汇。
经济学家及环保人士指出,在我国发展以高性能EDP材料作为治理环境污染措施之一,正在逐步取得政府的支持。国家已将EDP塑料列入国家优先发展高新技术产业重点领域(包装材料、农业应用材料、医用材料等),《中国21世纪议程》也将发展EDP塑料包装材料列入发展内容之一,生物质塑料正在推向市场、开拓市场,无论在农业用、包装用、日用、医用等领域都具有较大的市场潜力。
2005年中国塑料包装材料需求量将达到550万吨,按其中1/3为难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算,其废弃物将达到180万吨;据农业部预测,2005年地膜覆盖面积将达1.7亿亩,所需地膜加上堆肥袋、育苗钵,农副产品保鲜膜、片、盒等需求量将达到120万吨;垃圾袋等一次性日用杂品、建筑用网、无纺布、医用卫生材料中一部分也是难以收集或不宜收集的,预计废弃物将达到440万吨,若其中50%采用EDP塑料代替的话,则EDP塑料市场需求量将达到220万吨,再加上作为资源补充替代的产品,则2005年国内EDP塑料总需求量将达到260万吨。另一方面,我国EDP塑料产品由于品质有保障,而成本相对较低。近年来澳大利亚、日本、韩国等一些国家从减量化措施出发,对我国高淀粉含量的聚烯烃部分生物降解塑料市场看好,而纷纷来华洽谈贸易和协作,目前进入国际市场的出口量达到2万吨,预计2005年出口量将达到20万吨。据此,2005年EDP塑料国内外市场总需求量将达到2800万吨,在塑料制品总计划产量(25000万吨)中占11.2%。这与国外发展趋势是基本相符的。因此,EDP塑料是一个正在发展而市场潜力巨大的新兴行业,2005年~2010年需求量年均增长率按20%计算,2010年市场需求量将达到690万吨。
据专家预测,目前我国为实现可持续资源发展战略,已计划建立国家级生物质塑料生产基地。在今后5~10年内,我国国内将形成一个由PLA降解塑料为主的销售大市场,并且年产值几百亿元。在药物控制释放材料和骨固定材料及人体组织修复材料等方面,如能以其成功的制成几种药物控制释放系统和骨固定材料及微创导管材料并进入市场,年产值将至少也有几十亿元。在生态纤维制品方面,能开发并生产出优质的纤维制品,将有年产值100亿元的市场销售空间。在降解塑料制品方面,我国消费市场空间更大,年销售额将达到上百亿元。在一次性医疗制品方面,如能开发出既能功能性自毁又能环境分解消毁的环保一次性使用医疗器械产品,那么市场空间和利润将是巨大的,其意义更加深远。
聚乳酸(PLA)是一种对人体没有毒害作用的聚酯类材料,具有良好的生物相容性、生物降解性和生物可吸收性。在各种药学和生物医学应用方面,聚乳酸与聚乙醇酸(PGA)、乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)等可以酶降解或化学降解,在完成其目标任务后不需要外科手术除去,因此广泛用作药物缓释、手术缝合线及骨折内固定材料等生物医用高分子材料。聚乳酸在常温下性能稳定,其降解产物为环境可再生资源——乳酸,不会对环境造成污染,也用作环保高分子材料,可采用通用的塑料加工方法,如挤出、注塑、中空成型等,制成薄膜、片材、泡沫塑料、注塑制品、中空吹塑瓶等。
目前,聚乳酸合成方法有两种,一种是由乳酸直接缩聚合成聚乳酸(PC法),采用的聚合方法通常为熔融缩聚法、熔融缩聚-固相聚合法、溶液缩聚法;另一种是开环聚合法(ROP法),即先将乳酸单体经脱水环化合成丙交酯(3,6-二甲基-1,4-二氧杂环己烷-2,5-二酮),然后丙交酯开环聚合得到聚乳酸,该法可以得到相对分子质量高的聚乳酸。
聚乳酸有极大的应用前景,但是其物理上的缺陷,如脆性和慢结晶速度等会阻碍PLA加工成型。国外已经有许多关于聚乳酸及其改性物的研究。近些年,我国也大力着手于聚乳酸的研究。本文对最近聚乳酸的合成方法和改性研究进行详细评述。
1 聚乳酸合成方法
1.1 聚乳酸直接合成法
1.1.1 原理
直接合成法是采用高效脱水剂和催化剂使乳酸或乳酸低聚物分子间脱水缩合成高分子质量聚乳酸,图1(略)是聚乳酸直接合成过程。采用直接法合成的聚乳酸,原料乳酸来源充足,大大降低了成本,有利于聚乳酸材料的普及,但该法得到的聚乳酸相对分子质量较低,机械性能较差,这就抑制了该法得到的聚乳酸的实际应用。
直接聚合法的关键是把原料和反应过程中生成的小分子(水)除去,并控制反应温度。因为反应温度提高虽然有利于反应的正向进行,但当温度过高时,低聚物会发生裂解环化,解聚为乳酸的环状二聚体——丙交酯。在高真空状态下,水分子被带走的同时,也会带走解聚生成的丙交酯,这就促使反应向着解聚方向进行,不利于高分子质量聚乳酸的生成。所以,反应一方面要除去水分子,另一方面要抑制丙交酯的流失,这就是关键所在。
1.1.2 熔融缩聚法
反应体系温度高于聚合物的熔点,反应在熔融状态下进行,是没有任何介质的本体聚合反应,所形成的副产物(水、丙交酯等)通过惰性气体携带或借助于体系的真空度而不断排除。优点是产物纯净,不需要分离介质;缺点是熔融缩聚法得到的产物相对分子质量不高。因为随着反应的进行,体系的黏度越来越大,小分子难以排出,平衡难以向聚合方向进行。在熔融聚合过程中,催化剂、反应时间、反应温度及真空度对产物相对分子质量的影响很大。
同济大学任杰等发明了一种直接熔融制备高分子聚乳酸的方法。在惰性气体保护的环境下,向聚乳酸预聚体中加入含有两个活性官能团的扩链剂,一个官能团易与羟基反应,另一个官能团易与羧基反应,如1,2-环氧辛酰氯、环氧氯丙烷、2,4-甲苯二异氰酸酯、四甲基二异氰酸酯等,然后通过反应挤出制备聚乳酸,从而使反应得到的聚乳酸的特性黏度由预聚体的0.1-0.2dL/g提高到1.0-1.5dL/g。
东华大学余木火等发明了一种熔融缩聚制备高分子质量聚乳酸的方法。通过以乳酸、脂肪族二元酸为起始原料,制得两端为羧基的乳酸预聚物,然后再加入一定比例的环氧树脂,于一定温度、压力条件下制得高分子质量的聚乳酸。通过优化条件可以得到粘均分子质量为13万-22万的高聚物。
在催化剂的选用方面,常用的酯化反应催化剂有中强酸H2SO4、H3PO4等;过渡金属及其氧化物、盐,如Sn、Zn、SnO2、ZnO、SnCl2、SnCl4等;金属有机物,如辛酸亚锡、三乙基铝等。本课题研究组采用易与产物分离的稀土氧化物Y2O3、Nd2O3、Eu2O3催化乳酸,直接缩聚合成了粘均分子质量为8.157×103g/mol的聚乳酸。在后续研究中又采用稀土固体超强酸SO42-/TiO2-Ce4+催化剂直接催化合成聚乳酸,得到粘均分子质量(1.39×104g/mol)较高的聚乳酸。
1.1.3 熔融缩聚-固相聚合法
该法是首先使反应物单体乳酸减压脱水缩聚合成低分子质量的聚乳酸,然后将预聚物在高于玻璃化温度但低于熔点的温度下进行缩聚反应。在低分子质量的乳酸预聚体中,大分子链部分被“冻结”形成结晶区,而官能团末端基、小分子单体及催化剂被排斥在无定形区,可获得足够能量通过扩散互相靠近发生有效碰撞,使聚合反应得以继续进行。通过真空或惰性气体将反应体系中的小分子副产物冰)带走,使反应平衡向正方向移动,促进预聚体分子质量的进一步提高。由于反应是在比较缓和的条件下进行,可以避免高温下的副反应,从而提高聚乳酸的纯度和质量。邢云杰等首先将L-乳酸熔融缩聚得到低分子质量的L-乳酸预聚物,预聚物在等温结晶后可以保持其在较高温度下的固相聚合条件下不融化,聚乳酸的解聚反应在固相聚合时大为抑制。在分子筛存在的条件下,真空固相聚合,得到重均分子质量在10万-15万的聚乳酸。
1.1.4 溶液缩聚法
溶液缩聚是反应物在一种惰性溶剂中进行的缩聚反应,优点是反应温度相对较低,副反应少,容易得到较高分子质量的产物,但反应中需要大量的溶剂,因此需要增设溶剂提纯、回收设备。同济大学任杰等发明了一种用于溶液缩聚的反应装置,该装置可以达到溶剂的反复回流使用,既可用于溶剂密度小于水的反应,也可用于溶剂密度大于水的反应,大大降低了反应成本。在反应过程中,溶剂可以有效降低反应体系的黏度,吸收反应放出的热量,使反应过程平稳;溶剂可以溶解原料单体乳酸,使正在增长的聚乳酸溶解或溶胀,以利于增长反应的继续进行;溶剂还可以与缩聚时产生的小分子副产物水等形成共沸物而及时带走小分子。复旦大学钟伟等使用苯甲醚作为溶剂合成聚乳酸;黎丽等采用二甲苯作溶剂,溶液共沸合成高分子质量聚乳酸;华南理工汪朝阳等以二异氰酸酯为扩链剂、四氢呋喃为溶剂进行扩链反应合成聚乳酸,均取得了较为满意的结果。
1.2 聚乳酸开环聚合法
图2(略)为聚乳酸开环聚合法的合成过程。首先,乳酸分子间脱水生成低分子质量聚乳酸;然后,在180-230℃的温度下低聚物解聚生成环状丙交酯(LA);最后,丙交酯开环聚合生成高聚物。该法可以得到相对分子质量为70万~100万的聚乳酸。
常用的聚合方法主要有三种:阳离子聚合、阴离子聚合、配位聚合。其中,用于阳离子聚合的引发剂有质子酸,如RSO3H等;路易斯酸,如SnCl2、MnCl2、Sn(Oct)2等;烷基化试剂,如三氟甲基磺酸(CF3SO3CH3)等多种酸性化合物。在LA的阴离子聚合中,应用于反应的阴离子催化剂一般具有较强的亲核性和碱性,如碱金属烷氧化物等。Kasperczyk等人使用叔丁氧锂催化聚合rac-LA并研究rac-LA聚合的立构可控性。LA的配位开环聚合常用的引发剂为羧酸锡盐类、异丙醇铝、烷氧铝或双金属烷氧化合物等。其中,羧酸锡盐类,尤其是辛酸亚锡[Sn(Oct)2],投入工业生产中,易处理,在LA聚合中可与有机溶剂和熔融LA单体互溶,所以催化活性高,并且辛酸亚锡经美国FDA认定,已可作为食品添加剂。
为了使PLA在生物医学领域应用更加广泛,科学家研制了一系列含生物可吸收金属的相关催化剂,比如Mg、Ca、Fe、Zn等金属催化剂,用于LA的活性聚合研究和工业化生产中,尤其是Zn盐化合物。到目前为止,乳酸锌是锌化合物中效果最佳的LA聚合催化剂,它可以更好地控制PLA的分子质量,并且LA转化率高,聚合分散度(PDI)较窄。Oota等在丙交酯开环聚合聚乳酸时,采用环状亚胺,如琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺、苯邻二甲酰亚胺等作为聚合引发剂,在氮气流保护、较低反应温度(100-190℃)、低催化剂含量(辛酸亚锡摩尔百分含量0.00001%-0.1%)的反应条件下,有效地合成了聚乳酸,从而避免了以往合成的聚乳酸由于反应温度较高(180-230℃)而导致颜色较重,并且重金属催化剂含量较高,做成的食品包装制品对人体有害等一系列问题。
2 聚乳酸改性研究
2.1 聚乳酸的共聚改性
E•A•弗莱克斯曼发明了一种包含缩水甘油基的无规乙烯共聚物增韧的热塑性聚乳酸组合物,使得聚乳酸组合物容易熔融加工成各种具有可接受韧性的制件。所述乙烯共聚物,是指来自乙烯和至少两种其他单体的聚合物。改性聚乳酸中的共聚单体也可以选用乙交酯、乙醇酸的二聚环酯、ε-乙内酯等。这种共聚改性的方法是利用两种单体活性相近,极性也相近的性质,将两种单体混合,通过自由基共聚合,得到无规共聚物。如果两种单体活性相近,而极性相反,且竞聚率r1→0或r2→0,将两种单体混合,通过自由基聚合,可得到交替共聚物。张倩等合成一种生物医用高分子材料交替共聚乙丙交酯,兼有聚乙交酯(PGA)和PLA两种聚酯材料的优良特性。
近年来,通过聚合物的化学反应制备嵌段共聚物或接枝共聚物得到人们的关注。Kazuki Fukushima等合成了高分子质量的有规立构嵌段D,L-聚乳酸:首先,熔融缩聚合成较低分子质量的D-聚乳酸和L-聚乳酸;然后将这两种构型的聚乳酸1:1等量熔融状态下混合,以形成立体配合物;最后,使熔融态的立体配合物降温进行固相聚合反应,非晶态的聚乳酸链延长为高分子质量的有规嵌段外消旋聚乳酸。研究表明,使用淀粉与D,L-丙交酯合成的淀粉D,L-丙交酯接枝共聚物能够被酸、碱和微生物完全降解,并且机械性能更佳。由于淀粉来源充足,价格便宜,因此大大降低了合成接枝共聚物的成本,有利于该材料的普及。
2.2 聚乳酸的共混改性
单独的聚乳酸机械性能、柔性较差,限制了其应用的范围,而其他一些重要的聚酯,如聚(ε-2己内酯)(PCL)、聚氧化乙烯(PEO)、聚羟基脂肪酸丁酯(PHB)、聚乙醇酸(PGA)等,任何一种都有限制其广泛应用的缺陷,但共混改性材料可以弥补他们各自应用上的限制。共混改性材料兼有几种材料的优点,从而扩大了聚酯类材料的应用范围。
Huiming Xiong等合成了表面密度较大的L-聚乳酸(L-PLA)-聚苯乙烯(PS)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)三元共混聚合物。他们首先在乳液中合成羟基功能化PS-PMMA复合物,然后以该复合物为分子引发剂、三乙基铝为催化剂,插入L-丙交酯,进行聚合,从而使聚合物韧性大大提高。冉祥海发明了一种三元复配聚乳酸型复合材料。该材料由聚乳酸、聚丙撑碳酸酯(PPC)、聚3-羟基丁酸酯(PHB)和各种助剂共混制成。以这种三元复配聚乳酸型复合材料为母料制备的热塑性复合材料,改善了聚乳酸制品的成型加工性、耐热性、撕裂强度及制品的尺寸稳定性。
2.3 聚乳酸的复合改性
聚乳酸的脆性问题是抑制其作为骨科固定材料的重要原因之一,将聚乳酸与其他材料复合进行改性,可以使聚乳酸的脆性问题得到解决。
羟基磷灰石(Hydroxyapatite)是一种胶体磷酸钙,在人体内主要分布于骨骼和牙齿中,因此可以作为骨缺损修复材料和骨组织工程载体材料,但是单独的羟基磷灰石的力学性能不适合作为骨移植材料。将表面进行过改性处理的羟基磷灰石(HA)与聚乳酸通过热煅法、热压法、流延法等进行复合,可以获得力学性能优良的HA/PLLA复合材料。
上海交通大学孙康等发明了一种改性甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料,将由湿法纺丝成形工艺制备得到的酰化改性甲壳素纤维通过含有聚乳酸胶液的浸胶槽,用缠绕机缠绕成无纬预浸布,而后将干燥、适当裁剪后的预浸料片模压成型。该复合材料界面结合、生物相容性好,相对于聚乳酸而言,降低了降解速率,具有更好的强度保持性,可更好地满足骨折内固定材料的使用要求。
2.4 聚乳酸的增塑改性
增塑聚乳酸就是通过加入生物相容性的增塑剂来提高聚乳酸的柔韧性和抗冲击性能。对增塑后的聚乳酸进行热分析和机械性能表征研究其玻璃化转变温度(Tg)、弹性模量、断裂伸长率等的变化,从而来确定增塑剂的效能。
Bo-Hsin Li在L-聚乳酸中混入二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI),从而使聚乳酸的热性质和机械性能得到改善。通过差示扫描量热分析和热重分析,当MDI的-NCO与L-聚乳酸的-OH的摩尔比为2:1时,聚乳酸的玻璃化转变温度由55℃提高到64℃,拉伸强度由改性前的4.9MPa提高到5.8MPa。
3 结语
综上所述,国外对聚乳酸及其改性聚合物的研究和材料应用方面已经比较成熟,我国尚属起步阶段。聚乳酸材料虽然有无毒无害、环保等优点,但在我国并没有大量应用,主要是由于聚乳酸的生产成本居高不下,相对同类材料在价格上没有优势。因此,研究的主要方向是要降低聚乳酸的生产成本,以使这种环保材料能真正应用于我们的生活及医疗事业上。虽然丙交酯的开环聚合法可以得到高分子质量聚乳酸,但该法工艺较复杂,成本较高,所以,开发成本较低的乳酸直接合成法,有利于聚乳酸真正的实现应用于人们的生产生活中。同时,聚乳酸的合成工艺过程将直接影响聚乳酸的性能,因此,今后的研究方向主要是优化聚乳酸的合成工艺条件,寻找新的、可以回收利用的、毒性低的、高催化活性的催化剂。此外,单纯的聚乳酸机械性能较差、易破碎,制约了其应用的范围,所以通过共聚、共混、复合的方法改善聚乳酸的机械性能、热性能等也是聚乳酸研究的一个主要方向。
我国大部分有关聚乳酸的研究主要集中在合成高分子质量的聚乳酸上,并且合成的分子质量分布较宽。高分子质量聚乳酸可用来做高机械强度的制品,如作为骨内固定材料;而药物传输系统载体——药物缓释剂,则需要低分子质量聚乳酸,所以在聚乳酸的可控聚合研究上需加强研究力度,通过对催化剂、引发剂、聚合时间和温度、溶剂等的选择,制备分子质量范围较窄并且分子质量可控的聚乳酸,以扩大并优化聚乳酸材料的应用
希望对你有点帮助!!!!!
引言:美国食品药品监督管理局(FDA)目前已批准的可用于体内可降解高分子聚合物有聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚羟基丁酸酯(PHB)及它们的嵌段共聚物。
聚乳酸(PLA)是绿色降解的生物相容性材料PLA具有无毒无刺激、良好的生物相容性、强度高、可加工性好,可生物降解等特点,制成的片材、纤维、薄膜经过热成型、纺丝等二次加工后广泛用于包装、纺织和医疗等领域,其废弃物可通过微生物分解成水和二氧化碳。
聚乙醇酸(PGA)是绿色降解的生物相容性材料聚乙醇酸是一种具有良好生物降解性和生物相容性的合成高分子材料,与传统的性能稳定的高分子材料,例如塑料、橡胶等不同,聚乙醇酸作为材料在使用到一定时间后逐渐降解,并最终变成对人体、动植物和自然环境无害的水和二氧化碳。聚乙醇酸的应用主要表现在生物医学和生态学两个方面。聚乙醇酸的生物医学应用主要表现在医用缝合线、药物控释载体、骨折固定材料、组织工程支架、缝合补强材料。聚乙醇酸在生态学上的应用是作为对环境有益的完全可生物降解性塑料取代在塑料工业中广泛应用的生物稳定的通用塑料。
聚羟基丁酸酯(PHB)是绿色降解的生物相容性材料聚羟基丁酸酯与植物纤维混合可以降低成本。聚丙烯成本约为每公斤2美元,聚羟基丁酸酯每公斤约5美元,而如果与木屑混合,就降低了产品成本,并赋予产品以特殊特性。聚羟基丁酸酯是一种固态原料,可以用于生产热注塑产品,制造如瓶帽、钢笔、玩具、食品盒和化妆盒等;也可压制成薄板和纤维板,以满足汽车业的需要;还可以生产泡沫塑料。传统塑料降解需要100年,用聚羟基丁酸酯生产的产品只要12个月就能分解,释放出的只有水和二氧化碳。
聚乙醇酸可以从不同的材料通过几种不同的工艺途径获得:
1. 乙醇酸的缩聚反应
2. 乙交酯的开环聚合
3. 卤代乙酸酯的固相缩聚
乙醇酸的缩聚是制备PGA的最简单的工艺,但不是最有效的因为它产量是低分子量的产品。简单步骤如下:乙醇酸在大气压下及大约175-185℃ 加热至不再有水蒸出,随后压力降到150mmHg, 仍然保持温度不变大约两个小时,低分子量的PGA获得。
最常见的合成用于生产高分子量的聚合物的工艺是乙交酯开环聚合,乙交酯可以通过减压加热低分子量的PGA获得,通过蒸馏收集交酯。乙交脂的开环聚合可以用不同的催化剂催化,包括锑化合物如三氧化二锑或三卤化锑, 锌化合物(乳酸锌) 和锡化合物像辛酸亚锡 或 醇锡。
自从获得美国食品药品监督管理局(FoodandDrugAdministration)的批准后,辛酸亚锡就成为了该反应使用最普遍的于引发剂。随着对该反应的研究不断深入,一系列可用于该反应的催化剂也逐渐被研究者们所发现,其中就包括了异丙醇铝,乙酰丙酮钙和其他几种稀土醇盐,(异丙醇钇).
开环聚合工艺简述如下:在氮氛及195℃下,加入一定量的催化剂引发剂至单体,反应持续两个小时,接着升高温度至230℃持续约半个小时。凝固后收集到高分子量的聚合物。
另一种可以合成聚乙交酯的热工艺是指卤代乙酸盐的固态缩聚。卤代乙酸盐是指通式为X-—CH2COO-M+的一系列乙酸盐,其中M为部分一价金属(如钠),X为卤素。卤代乙酸盐的固相缩聚产物为聚羟基乙酸和一系列体积较小的结晶盐。其反应过程如下:在氮气条件下加热卤代乙酸盐至160-180°C,并维持该反应温度直至反应终止。在反应过程中会有金属卤化物杂质在聚合物内生成,除去杂质可通过水洗产物完成。
PGA can also be obtained by reactingcarbon monoxide, formaldehyde or one of its related compounds like paraformaldehyde or trioxane,in presence of an acidic catalyst. In a carbon monoxide atmosphere an autoclave is loaded with the catalyst (chlorosulfonicacid), dichloromethane and trioxane, then it is chargedwith carbon monoxide until a specific pressure is reachedthe reaction isstirred and allowed to proceed at a temperature of about 180°C for two hours.Upon completion the unreacted carbon monoxide is discharged and a mixture oflow and high MW polyglycolide is collected.
聚乙醇酸,又称聚羟基乙酸,它来源于α一羟基酸,即乙醇酸 。乙醇酸是正常人体在新陈代谢过程中产生的,乙醇酸的聚合物就是聚乙醇酸(Polyglycolic acido。PGA)。
聚乙醇酸具有简单规整的线性分子结构,是简单的线性脂肪族聚酯,有较高的结晶度,形成结晶状聚合物,结晶度一般为40% ~80%,熔点在225℃左右,不溶于常用的有机溶剂,只溶于像六氟代异丙醇这样的强极性有机溶剂。
2.1微生物生产型
许多微生物能合成高分子,这类高分子主要有微生物聚醋和微生物多糖,具有生物降解性。研究表明,若给予合适的有机化合物作食物碳源,许多微生物都具有合成聚醋的能力。此外,许多微生物能合成各种多糖类分子,其中有一些多糖类高分子具 有良好的物理性能和生物降解性,可望用于制造不污染环境的生物降解性塑料。
2.2合成高分子型
将脂肪族聚酷和芳香族聚酷(或聚酞胺)制成一定结构的共聚物,这种共聚物既有良好的性能,又有一定的生物降解性。聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)作为新型生物降解的医用盼子材料正日益受到广泛重视。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属降解性天然高分子,这些高分子可被微生物完全降解。但因纤维素存在物理性能上的不足,因此,它大多与其它高分子,如由甲壳质制得的脱乙酞基多糖等共混制得。如日本以纤维素和脱乙酞基壳多糖进行复合,制得了生物降解塑料,采用流涎法制得 的薄膜与普通的PE膜的强度相似,并可在2个月后完全分解,盒状制品75天可完全分解,但目前尚未I业化生产。
2.4掺合型
在没有生物降解性的高分子材料中,掺混一定量有生物降解性的高分子物,使所得产品具有相当程度的生物降解性,这就制成了掺合型生物降解高分子材料,但这种材料不能完全生物降解。目前主要开发改性淀粉与可生物降解或可水溶性塑料的降解塑料合金母料,或以淀粉为主要原料的可完全生物降解塑料,可以100%地分解,分解速度可按要求控制在数分钟到一年的时间。
1、化学清洗:羟基乙酸70%溶液主要用作清洁剂,2%的羟基乙酸和1%的甲酸混合酸是一种效率高、成本低的清洗剂,可以用作空调、锅炉、电厂输送管道、冷凝器、热交换器等的主要清洗原料。
2、生物降解材料:广泛用于制备体内埋植型缓释药物系统、埋植型修复器械、生物吸收外科缝合线、人造骨胳和器官材料等,非常具有开发前景,聚乳酸和聚乙醇酸已成为新材料领域的开发重点。
1.理想骨组织支架材料的特征
①生物相容性和表面活性:有利于细胞的黏附,无毒,不致畸,不引起炎症反应,为细胞的生长提供良好的微环境,能安全用于人体。
②骨传导性和骨诱导性:具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速度,具有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能。
③合适的孔径和孔隙率:理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨单位的平均大小约为223 μm),在维持一定的外形和机械强度的前提下,通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可能高,同时孔间具备连通孔隙,这样有利于细胞的黏附和生长,促进新骨向材料内部的长入,利于营养成分的运输和代谢产物的排出
④机械强度和可塑性:材料可被加工成所需的形状,并且在植入体内后的一定时间内仍可保持其形状。
2.常用的骨组织工程支架材料:
人工骨支架材料可分为两类,即生物降解和非生物降解型。
早期的人工骨支架材料都是非生物降解型的,这类材料有:高聚物(碳素纤维,涤纶,特氟隆),金属材料(不锈钢,钴基合金,钛合金),生物惰性陶瓷(氧化铝,氧化锌,碳化硅),生物活性陶瓷(生物玻璃,羟基磷灰石,磷酸钙)等。这些材料的特点是机械强度高(耐磨、耐疲功、不变形等,生物惰性(耐酸碱、耐老化、不降解)。但存在二次手术问题,因此人们开始研究使用可生物降解并具有生物活性的材料,这类材料有纤维蛋白凝胶、胶原凝胶、聚乳酸、聚醇酸及其共聚体、聚乳酸和聚羟基酸类、琼脂糖、壳聚糖和透明质酸等多糖类。
目前研究和使用的骨组织支架材料是降解材料或降解和非降解材料的结合。 1. 神经支架材料的功能有两种:
(1) 必须为神经的恢复提供所需的三维空间,即要保证神经导管具有合适的强度、硬度和弹性,使神经具有再生的通道。(2) 要保证其有理想的双层结构:外层提供必要的强度,为毛细血管和纤维组织长入提供营养的大孔结构;内层则可起到防止结缔组织长入而起屏障作用的紧密结构。因此,神经修复所用支架材料一般为:外层是强度大、降解速率慢的可降解材料,内层为具有细胞生长活性的降解材料。用于神经修复的内层材料多为胶原和多糖。目前研究和使用的多为胶原和聚乳酸的复合材料。
理想的人工神经是一种特定的三维结构支架的神经导管,可接纳再生轴突长入,对轴突起机械引导作用,雪旺细胞支架内有序地分布,分泌神经营养因子(NTFs)等发挥神经营养作用,并表达CAM、分泌ECM,支持引导轴突出再生。
2. 常用的神经组织工程支架材料:
以往用于桥接神经缺损的神经套管材料有硅胶管、聚四氟乙烯、聚交酯、壳聚糖等。如以硅胶管为外支架,管内平行放置8根尼龙钱作为内支架的“生物性人工神经移植体”。
目前用于人工神经导管研究的可降解吸收材料有聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)及它们的共聚物等。也有用聚丙烯腈(PAN)和聚氯乙烯(PVC)的共聚物制作神经导管,内壁具有半透膜性质,仅能允许分子量小于50KD的物质通过,使再生轴突能从导管外获取营养物质和生长因子,并避免纤维疤痕组织的侵入。但因其不能降解,在完成引导再生轴突通过神经缺损段之后,仍将长期留存于体内,有可能对神经造成卡压。
3.神经支架材料的研究进展
戴传昌、曹谊林制备了聚羟基乙酸(PGA)纤维支架,其上接种体外培养扩增的雪旺细胞(SC)形成一种组织工程化周围神经桥接物。沈尊理等则利用生物可吸收纤维PDS作为胶原神经导管内部的三维支架结构,种植雪旺细胞,形成一种人工神经。叶震海、顾立强利用自行研制的PLA管作为外围的神经导管,以生物可吸收缝线PGA纤维作为内部纵行三维支架结构,种植SC;发现SC可以贴附于PLA管壁、PGA纤维生长,引导再生轴突生长向前。
选择适宜的生物材料,使SC与生物材料粘附,加入生长因子,对细胞外基质与可降解吸收生物材料经体外培养,在体内预制成类似神经样SC基膜管结构(众多纵行中空管状结构),使人工神经血管化或预制带血管蒂,并保证SC存活、增殖并有活性,这此将成为今后的研究热点。 1.血管支架材料特点:
在组织学上,血管壁细胞外基质主要由三层结构组成,其中中膜层有重要的生理意义,主要成分有胶原纤维和弹性蛋白,这种结构赋予血管良好的机械性质和顺应性。所以,在设计和制造血管组织工程支架材料时,人们尽可能地模拟
自然血管的细胞外基质的成分、三维结构、生理功能及机械性能。近年血管顺应性逐渐受到重视,自然血管和组织工程血管之间顺应性的错配被认为是小口径血管移植失败的主要原因。这使小口径血管血栓形成及内膜增生,导致移植失败。自然血管和人工血管之间机械性质的不同,导致吻合口处血流动力学的改变,引起应力集中,增加了血栓的形成和新生内膜的增生。所以,理想的组织工程血管支架材料除了应该具有良好的材料生物相容性,可降解性,具有良好的材料一细胞界面及一定的空间三维结构外,还应具有一定的顺应性。
2.血管支架材料的类型
最早的外层材料一般为尼龙、聚酯等无纺布或无纺网等。目前,该类材料应用较多的为胶原或明胶蛋白包埋的或表面处理的可降解材料的无纺网,例如:聚乳酸、聚羟基酸和多肽等的无纺布或无纺网等。
3.血管支架材料的研究进展
20世纪50年代问世的Dacron是最早应用的人工血管,由于它对凝血系统有激活作用而只能对大口径血管有较短的替代作用。以后又开发利用四氟乙烯(PTFE)、聚氨基甲酸乙酯(Poroussegmented Polyurethane)、膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)等,并通过多种方法改变材料的物理性状、表面特点,以达到血管植入的要求。
(1)人工材料上打孔,使之形成多微孔结构,一者提高材料的顺应性,与自体血管弹性相匹配,二者使用周围毛细血管内皮细胞通过微孔长入内膜层,覆盖内表面。Alexander.w.Clowes证实60pePTFE移植后形成内皮细胞层,主要依靠周围毛细血管经微孔处长大,而不是吻合口两端内皮细胞的延伸生长,(两端的延伸仅约2cm),并指出完整的内膜层会减少平滑肌的过度增和。Matsuda采用激光在聚氨基甲酸乙酯膜上打孔,促进内皮细胞的爬行覆疬。
(2) 采用各种可降解涂层以减轻血小板及血细胞的粘集,并希望随着涂层逐步降解,内皮细胞逐步爬行覆盖。Satoshiniu等采用多聚环氧化合物做交联剂,在人工血管上形成明胶-肝素涂层抑制血小板的聚集、纤维素的形成,同时利于吻合口内膜的长入。Himyukinkito在血管假体内表面涂布硫酸软骨素(CS)及透明质酸(HA),外表面涂以明胶层,以达到内表面抗血小板、血细胞吸附,外表面吸引周围组织长入的目的。ArumaN在内膜剥脱的血管周围放置浸有内皮细胞的明胶海绵,利于内皮细胞的迁移及旁分泌等作用减少内膜的增生。
(3) 人工血管内皮化 由于内皮细胞在抗血栓形成、抑制血小板聚集、分泌血管活性因子等方面的重要作用,人们很早就设想在人工血管内表面形成内皮细胞的衬里,以达到模拟自体管的目的。宿主内皮细胞由吻合口向人工血管内迁徙仅限于吻合口周2cm,而毛细血管通过管壁的长入、循环内皮在人工血管表面的沉积这两种途径的原因、机制效果不清,有待进一步研究。于是将新鲜获取或体外培养的内皮细胞直接种植于人工血管的内表面,成为首选的努力方向。 1.组织工程皮肤以三维支架为载体,通过将细胞种植在支架上而获得。理想的人工皮肤支架应该同时满足材料和结构的要求。在材料上:(1)允许细胞在其表面粘附,促进细胞增殖,保留分化细胞的功能;(2)具备降解性,材料及降解产物均无细胞毒性,不会引起炎症;(3)具有良好的生物相容性;(4)来源广泛,价格低廉,无疾病传播风险等特点。在结构上:(1)具备高孔隙率从而为细胞粘附、细胞外基质的再生及细胞扩散提供足够的空间,孔隙结构可以允许细胞在整个支架上分布,从而促进均质组织形成;(2)应具有三维支架结构,为特定细胞提供结构支撑作用和模板作用,引导组织再生和控制组织结构。
2.目前常用作组织工程皮肤支架材料的天然高分子有甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、胶原蛋白、葡聚糖、透明质酸、明胶、琼脂等。因为其本身具有相同或类似于细胞外基质的结构,可以促进细胞的黏附,增殖和分化。目前来看,天然材料来源较为广泛,制作简单,且价格低廉。但它也存在力学性能较差,抗原性消除不确定,降解速率不宜控制等问题,具有一定的机械强度
此外聚合物有良好的生物相容性以及可控的降解速率,力学性能优良,因而被广泛用作制备组织工程支架材料,常用的有聚乳酸、聚氨酯、聚环氧乙烷等。目前的研究主要集中于通过对材料表面的改性而增强它对细胞的粘附性,以及材料的亲水性。
聚合物共混是一种为组织工程提供新型理想材料的有效方法,已成为目前组织工程生物材料研究的热点。近年来提出的复合材料有海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。 1. 肌腱和韧带组织工程材料
作为致密结缔组织分别连接着骨骼与肌肉、骨骼与骨骼,它们的高张力强度对
对于介导肢体正常的运动及维持关节的稳定性起关键作用。肌腱组织主要包括水(占湿重的55%),蛋白多糖(<1%)、细胞、I型胶原(占干重的85%)及少量Ⅲ、V、Ⅻ和ⅪV型胶原。韧带从大体和显微结构上类似于肌腱,但韧带代谢更活跃,含有更多的细胞、更高的DNA含量及更多简化的胶原交联。肌腱,但韧带代谢更活跃,含有更多的细胞、更高的DNA含量及更多简化的胶原交联。肌腱和韧带在张力不超过4%的情况下具有较好的弹性,是一种黏滞性材料。
现在采用的天然材料有胶原、壳聚糖、纤维蛋白和脱细胞材料等。
2.角膜组织工程支架材料 角膜组织工程支架材料除了有组织工程支架材料的基本特征外还应同时有
一定的透明性、屈光力。对光线散射作用小,可以使光线透过并屈折成像等特性。目前没有一种材料能完全具备这些特性。现在采用的天然材料有羊膜、胶原、角膜基质壳聚糖壳、以及它们的复合物,合成材料有聚羟基乙酸、合成胶原等。
3.肝、胰、肾、泌尿系统组织工程支架材料
肝、胰、肾、泌尿系统使用的组织工程支架材料主要以天然蛋白、多糖与合
成高聚物复合的可降解材料。例如:用于肝组织工程支架的血纤维蛋白和聚乳酸,用于泌尿系统的聚乙醇酸等。
乙醇酸(glycolic acid (hydroacetic acid or hydroxyacetic acid)),别名2-羟基乙酸、羟基乙酸,为羧酸类有机物,可用作分析试剂、有机原料等。
乙醇酸是一组知名化学品的统称,包括果酸或α-羟基酸。它是从蔗糖分离出来的,因此可以被视为天然产品。取自橙子和其他柑橘类水果的柠檬酸也可以归类为乙醇酸。
乙醇酸的工业用途包括除锈和去污,因此皮肤接触这种化学品(市场上销售的浓度通常高于70%)。
乙醇酸用途:
1、化学清洗:羟基乙酸70%溶液主要用作清洁剂,2%的羟基乙酸和1%的甲酸混合酸是一种效率高、成本低的清洗剂,可以用作空调、锅炉、电厂输送管道、冷凝器、热交换器等的主要清洗原料。
2、生物降解材料:广泛用于制备体内埋植型缓释药物系统、埋植型修复器械、生物吸收外科缝合线、人造骨胳和器官材料等,非常具有开发前景。聚乳酸和聚乙醇酸已成为新材料领域的开发重点。
3、杀菌剂:由于羟基乙酸含有羟基和羧基的特殊结构,可与金属阳离子通过配位键形成亲水螯合物,因此对铁氧化细菌的生长具有明显的抑制作用,可用作杀菌剂,还可用在多种矿石浮选中作抑制剂。
4、日用化工品:99%羟基乙酸是疗效较好的去除死皮和汗毛药剂,可合成抗皮肤衰老、美白化妆品原料果酸,可以达到保湿、滋润肌肤、促进表皮更新的功效。乙醇酸的分子量非常小,它可以有效地渗透皮肤毛孔,在短时间内解决皮肤老化,皱纹,黑斑,暗疮等问题,因此被医学美容界一致推崇。
5、电镀表面处理:乙醇酸还可用于电镀行业,乙醇酸钠盐、钾盐可用作电镀添加剂,也可作电镀研磨、金属酸洗、皮革染色和鞣制剂的绿色化工原料。乙醇酸也是化学镀镍的络合剂,具有耐腐蚀、反应快、光洁度好等优点,是提高化学镀镍质量的最好配剂原料。
另外,乙醇酸在纺织行业可以用于染整羊毛纤维及纤维素织品交联耦合剂或含羧基纤维织物的交联催化剂;还可用作粘接剂、石油破乳剂、焊接剂和涂料的配料及合成多种医药、农药和化学助剂等。
性质
乙醇酸为无色无味易潮解结晶。溶于水、乙醇和乙醚。工业品常为70%水溶液,淡黄色液体,有类似烧焦糖的气味。
乙醇酸纯品毒性较低;但由于其为强酸,具腐蚀性,与皮肤接触时会发生严重肿痛。相关工作人员需穿戴防护用具,生产设备需严格密闭,工作场所要求通风良好。
制备
乙醇酸可由氯乙酸在碱性条件下水解而得。通过先与甲醇酯化产生乙醇酸甲酯,再经蒸馏和水解而纯化。
用途
乙醇酸用作化学分析试剂、有机合成原料,例如用于生产乙二醇、聚羟基乙酸、皮革染色剂、纤维染色剂、铜蚀剂、清净剂、鞣革剂、粘合剂、金属螯合剂、电镀药剂、焊接机配料和石油破乳剂等。2%乙醇酸与1%甲酸配成的混合液,是一种高效低成本的洗涤剂,适用于清洗空调机。
由于对皮肤具有较强的穿透性,乙醇酸也用于皮肤增白护理用品等化妆品中,用作去除死皮和汗毛的药剂。
济南岱罡生物技术有限公司是一家专业提供医用生物降解材料的生产、销售及服务的高科技公司。公司坐落于环境优美的山东省济南市,技术力量雄厚,具有一支高素质、实干的高科技研发队伍,研发手段先进,拥有多年的医用生物降解材料研发经验,同时拥有十万级别净化室。
目前公司主要产品为医用生物降解聚酯材料——聚乳酸及其共聚物。
公司秉承专业、专心、专注的工作理念,以一流的产品、一流的服务,以真诚的态度取得
客户的信任和合作,共创美好的未来。
专 业:专业的研发队伍、专业的技术服务
专 心:专心做人、专心做事
专 注:专注生物降解材料研发
主要产品:
医用生物降解聚合物
● 聚乳酸(PLA)
● 聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)
● 温敏聚乳酸水凝胶(MPEG-PLA、MPEG-PLGA)
● 聚乙二醇/聚乳酸共聚物(PLA-PEG-PLA、PLGA-PEG-PLGA)
● 端羧基聚乳酸(PLA-COOH、PLGA-COOH)
● 端羟基聚乳酸(OH-PLA-OH)
● 聚己内酯及共聚物(PCL,P(LA-CL)
● 聚三亚甲基碳酸酯及其共聚物(TMC、P(LA-TMC))
● 聚对二氧环已酮及其共聚物(PPDO、P(LA-PDO))
单 体
● 丙交酯(外消旋、左旋)LA
● 乙交酯GA
● 三亚甲级碳酸酯TMC
● 对二氧环己酮PDO
制 品
● 电纺丝
● 多孔泡沫支架(片状/管状/棒状)
● 纤维
● 聚乳酸膜