可降解聚氨酯材料

本科课程论文题目：可降解聚氨酯材料综述院（系）：化学学院专 业：化学课 程：材料化学学生姓名：丁健学 号：2010213931指导教师：王宏里二o三年六月可降解聚氨酯材料综述丁健 华中师范大学化学学院 武汉 430079 摘要：本文主要从可降解聚氨酯材料的研究背景、研究前沿、研究热点、未来研 究方向等几个方面展开论述。关键词：可降解 聚氨酯 研究 应用前言：聚氨酯分子链上均含有氨基甲酸酯重复单元，通常也会含有脲键、酯键、 醚键和芳香键等，通过改变分子链上的烃基基团以及取代酰胺键上的氢原子，可 以制备多种聚氨酯材料。聚氨酯材料具有良好的生物相溶性和抗血栓性、优良的 力学性能、易加工成型、价位较低等优点，在众多领域应用广泛，通常用作塑料、 橡胶、纤维、黏合剂、合成皮革、防水材料及铺饰材料等，因此是目前材料领域 一个研究热点。但是由于其几乎不能降解，给其工业的发展带来了污染环境的问 题，因此，近年来可降解聚氨酯材料备受关注。一、 研究背景：聚氨酯材料是现代塑料工业中发展最快的品种之一，由于聚氨酯在自然界中 不可降解而且回收利用困难， 所以聚氨酯的蓬勃发展也带来了其废弃物污染环 境的问题，开发可生物降解聚氨酯材料被认为是解决这一难题的理想途径之一。聚氨酯材料因其独特的结构和优异的性能，以泡沫塑料、弹性体、胶黏剂等 形式广泛应用于建筑、汽车工业、国防、航空等国民经济各领域。尤其是在包装 和医疗等领域，聚氨酯材料均占有重要的地位：聚氨酯泡沫塑料具有比强度高、 保温性能好、减振缓冲性能优良等特性，可以作为高档的包装材料；聚氨酯良好 的生物、血液相容性使其在医疗领域大有用途。此外，可降解特性对于聚氨酯材 料在包装、医疗领域的应用具有十分重要的意义。在一次性包装材料领域采用可 降解的聚氨酯泡沫塑料，可以减少污染，保护环境。而可降解的医用聚氨酯可以 在人体内逐渐生物分解，并被人体吸收，可以作为优良的组织工程、药物缓释备 选材料，大大减轻人类疾病痛苦并促进医疗技术进步。因此，可降解聚氨酯材料 的研发具有重要的科学意义和社会意义。目前使用的绝大多数塑料等高分子材料在自然条件下均不可降解，高分子材 料的大量使用，导致白色污染问题日益严重，对环境造成了巨大破坏。中国全国 工业固体废物年产生量达 8.2 亿吨，综合利用率约46%。全国城市生活垃圾年产 生量为1.4 亿吨，达到无害化处理要求的不到10%。塑料包装物和农膜导致的白 色污染已蔓延全国各地。随着温室效应、臭氧层空洞、污染加剧等环境危机的日 益恶化，环境保护越发刻不容缓，目前世界上许多国家已立法限制使用一次性非 降解塑料，提倡使用降解塑料制作的一次性购物袋、垃圾袋等。二、 研究前沿与研究热点1、可降解聚氨酯在生物医学材料方面的应用 聚氨酯作为生物医用材料与其它材料相比，具有如下突出的优点：良好的生 物相容性，在37C材料的硬度可根据需要调节，在体内浸出物很少，抗扭结性 好，物理机械性能范围宽， 加工性能好，表面光滑等。1.1 作为智能药物缓释材料在药物缓释材料的研究中, 用智能材料, 使 DDS 智能化即生物响应给 药系统是目前研究的一个热点。生物响应给药系统可以感知疾病所引起的化学物 质及物理量变化的信号, 药剂能对信号响应, 并自主的控制药物释放。1.2 作为组织工程材料 作为组织工程用材料最基本的要求是能够与细胞外基质及组织发生相互作用从而引导细胞在其中分化及增殖。由于具有很好的生物相容性及可降解性, 可 降解性聚氨酯已经成为一种重要的组织工程用材料, 此外, 聚氨酯具有较强的分 子结构可设计性, 易于加工成型, 力学性能优异等优点, 通过将分子设计与先进 多孔制备技术相结合便可制得理想的组织工程材料。1.3 作为外科用材料 天然橡胶在加工过程中要加入加工助剂、硫化剂等,长期使用会对人体产生不良影响，它们在自然环境中难以降解, 且使用量很大, 造成了的环境污染也比 较严重,因此对具有良好生物相容性、易于大批量生产, 且能生物降解的外科用材 料的研究成为必然。以聚氨酯薄膜为底基材料涂覆医用压敏胶粘剂的医用手术薄膜以其优良的 性能、操作简便和使用卫生、安全可靠等特点将逐步取代传统以聚乙烯薄膜为底 基材料的医用手术薄膜。2、可降解聚氨酯在形状记忆材料方面的应用 形状记忆聚氨酯材料的硬段聚集成微区起物理交联点或化学交联点作用, 从而实现形状记忆功能。可降解形状记忆聚氨酯的软段部分大部分采用多羟基羧 基酸, 例如聚乙交酯, 聚乳酸和聚己内酯以及它们的共聚物。尽管软段有较大的 相分分子质量, 但要聚氨酯中硬段含量高于一定值时, 才可聚集成微区并形成较 为完善的物理交联网络。在此临界值以下, 难以形成完善的物理交联网络, 不具 有形状记忆功能。靠硬段的物理交联来实现形状记忆性能的材料又存在很多缺点, 形状记忆不能保持多次重复, 应变保持率和应变恢复率将随循环次数增加而减 少, 有时在第二循环中将急剧降低。以提高可降解形状记忆聚氨酯的各种性能为目的进行的尝试有很多， 研究 方向根据材料特性又分为热塑性可降解形状记忆聚氨酯和热固性可降解形状记 忆聚氨酯两种。2.1 热塑性可降解形状记忆聚氨酯 聚己内酯具有优越的生物相容性、可生物降解性和形状记忆性, 它是一种半 结晶型聚合物，其熔点Tm为5964C,玻璃化温度Tg为-60C,其结构重复单 元上有5个非极性亚甲基（一CH2）和一个极性酯基（一C00）具有很好的柔 韧性, 但是它的强度不够, 所以很多人尝试对其进行改性用来合成聚氨酯。2.2 热固性可降解形状记忆聚氨酯 线型结构的热塑性形状记忆聚氨酯便于成形,可循环利用, 但是其形状记忆 性能相对较差, 不能重复多次,而热塑性形状记忆聚氨酯则可克服这一缺点。Alteheld 制备出新型的交联结构热固性可降解形状记忆聚氨酯。这种新型材 料的优势在于端羟基星形结构的预聚物中间的链段较为短小, 与其他可降解形 状记忆聚氨酯中软段的链段相比更容易降解, 而且这样特殊的星形结构让材料 同时具备一定的机械强度。3、可降解聚氨酯在其它方面的应用 除了主要应用于医学材料领域以外，目前，可降解聚氨酯在包装材料、农业、林业、园艺、纸基涂料等方面也有应用。4、可降解聚氨酯的设计与制备根据可降解聚氨酯材料的设计方法和制备手段的不同，大致可将目前存在的 制备技术分为如下4类：与天然高分子直接复合；与改性天然高分子复合； 植物多元醇基聚氨酯；主链设计型可降解聚氨酯。按照方法的复杂程度或出 现的时间顺序，可以将概括为可降解聚氨酯材料发展历程的4个阶段。三、 未来展望可降解材料的研究和开发方兴未艾，随着国际和国内对环境保护的日益重 视，必将具有良好的发展前景，在未来获得巨大发展和进步。虽然受制于价格和 成本两方面因素，可降解塑料目前的市场规模与普通塑料相比还很小，但发展速 度很快。目前，可降解聚氨酯在技术方面还不十分成熟，商品化程度较低，因此 尚需系统、深入地开展相关基础研究工作。但可降解聚氨酯在包装和医疗领域有 强烈的应用需求，技术上日渐成熟，通过原料生产规模的扩大和泡沫塑料低密度 化等研究，其成本也必将逐渐下降，并在未来实现实用化、工程化和商品化。作 为被广泛使用的一种高分子材料，聚氨酯材料的生产及废弃物对环境的影响已经 成为各国关注的焦点。使用可降解的聚氨酯材料是扩大生物医学材料的应用潜力 和减少聚氨酯材料污染的有效途径之一。今后的研究工作将会集中在以下几个方 面:(1)可生物降解聚氨酯的降解机理，降解速度的控制;(2)利用绿色天然物质如纤 维素、淀粉等，制造结构型可生物降解聚氨酯材料;(3)可降解聚氨酯新型经济型 配方，环保型的生产工艺，进一步改进其综合性能等方面的研究，可降解型聚氨 酯材料势必有更为广阔的应用前景。参考文献一、陈维芳.美国生物可降解塑料将不断增长J.橡塑技术与装备，2008,38(10):51.二、符秀科，王建清.可降解包装材料的现状及发展J.塑料包装,2008,18(4):52-54. 三 、 Hassan M K, Mauritz K A, Storey R F, et al. Biodegradablealiphatic thermoplastic polyurethanebased on poly(epsilon-caprolactone) and L-lysinediisocyanateJ. Journal of Polymer Science(Part A):Polymer Chemistry, 2006, 44(9): 2 990 - 000.四、 Mohammad K. Hassan, Kenneth A. Mauritz, Robson F.Storey, Jeffrey S.Wiggins. Journal of Polymer Science:Part A: Polymer Chemistry, 2008,44:2990五、 Zdrahala R J, Zdrahala I J. Biomedical Applicat ions of Polyu re-thanes: AReview of Past Promises, Present Real ities, and a Vibrant Future J . Journ al of Biomaterials Applicat ions, 2006, 14: 67-90.六、 ALTEHELD A, FENG Y K, KELCH S, et al .Biodegradable amorphouscopolyester- urethane network shaving shape-memory properties J . Angew Chem- IntEdit, 2007, 44( 8) : 1 188- 1 192.七、庄小雄，韩朝阳，罗欣.医用聚氨酯手术薄膜J.中国胶粘剂,2004,2(13):33-35.八、 汪文俊.胶体与聚合物,2007 年 6 月第 25 卷第2 期.biodegradable polyurethane materials: a reviewJ-Ding, College of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan, 430079 Abstract: This article discussed from biodegradable polyurethane materials research background, frontier research focus, future research directions, and several other aspects.Keywords: biodegradable, polyurethane, research, applications