化学合成型可降解材料改性方法研究进展

戴 红

（黔南民族师范学院，贵州 都匀 558000）

化学合成型可降解材料是指根据生产需求，以醇类、羧酸类、酰胺类化合物为单体合成含有酯键、酰胺键等可以水解断裂或分解断裂的化学键的一类高分子化合物。常见的主要有聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚酰胺（PA） 聚羟基烷酸酯（PHAs） 以及它们的衍生物。

相比通用塑料，如聚丙烯、聚酯等。化学合成型可降解材料应用范围还是相对较窄。如：聚羟基脂肪酸酯（PHAs） 虽有同聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE) 等通用塑料相近的机械强度，但是其生产成本高，因此，目前只在附加值较高的电子行业和医药行业中得到了应用[1]。聚丁二酸丁二醇酯（PBS） 作为脂肪族聚酯中最典型的一种可降解材料，虽具有优良的热稳定性和加工性能，但结晶度高，断裂伸长率较低，柔韧较差，降解速度相对于其他可降解材料较慢[2]。聚乳酸（PLA） 是目前应用率较高的一种化学合成型可降解材料，在医疗行业被用作骨组织材料和手术缝合线而被广泛应用。聚乳酸具有良好的生物相容性及加工性能，但是结晶速率快，断裂伸长率很低，韧性很差[3]。因此，为了提高化学合成型可降解材料的应用范围，需要对其进行改性。

1 化学合成型可降解材料的改性方法

1.1 共聚改性

1.1.1 接枝共聚改性

接枝共聚改性是在化学合成型可降解聚合物中引入带支链的可降解单体。Homann 等[4]、杨景辉等[5]分别在PBS 中引入含有支链的1,3-丙二醇和1,2-己二醇。由于支链的接入破坏了PBS 分子链的规整性，使得改性后的PBS 结晶度降低，降解性能提高，韧性和耐冲击性得到改善，但是熔点和拉伸强度降低。

1.1.2 嵌段共聚改性

嵌段共聚改性是将两种或两种以上化学合成型可降解聚合物片段进行嵌段共聚成含有两种或两种以上片段的共聚物。Zheng L 等[6]、黄勇等[7]分别用PBS 链段与聚己内酯（PCL） 和聚四氢呋喃醚（PTMO） 进行嵌段共聚，通过调节嵌段片段的比例，可以得到不同性能的可降解聚合物，从而满足不同的性能要求。

1.1.3 无规共聚改性

无规共聚改性是指两种或两种以上的化合物单体在熔融状态下重新组合成含有这两种或两种以上化合物单体的化学合成型可降解聚合物。赵巍等[8]用含有刚性苯环的对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 与聚己内酯共聚合成了聚（对苯二甲酸丁二醇-co-ε-己内酯）。随着PBT 含量的增加，合成的可降解聚合物的熔点和力学强度显著增加。

1.2 共混改性

共混改性是指将化学合成型可降解材料与其他聚合物材料通过双螺杆挤出机或者密炼机等进行混合后得到两种聚合物材料的混合物，从而达到改善化学合成型可降解材料的性能。

1.2.1 与天然可降解材料共混

相比化学合成型可降解材料，天然可降解材料拥有更好的降解性能。如淀粉、木质素、壳聚糖等。壳聚糖除了优良的降解性能还具有抗菌性。曹安蓉等[9]用壳聚糖（CTS） 与聚己内酯（PCL） 共混，得到了一种具有抗菌性能的可降解共混物材料。高俊等[10]以氯化镁/甘油为复配剂，将淀粉与聚丁二酸丁二醇酯（PBS） 共混，得到的共混物力学性能明显优异于淀粉和PBS。

1.2.2 化学合成型可降解材料之间的共混

化学合成型可降解材料之间的共混通常是综合两种或三种共聚物材料的特点，通过增容剂将共聚物材料混合在一起得到一种综合性能更优异的材料。聚乳酸（PLA） 和聚丁二酸丁二醇酯（PBS） 是两种常见化学合成型可降解材料，PLA韧性差，综合力学性能优异。而PBS 韧性好，力学强度与通用塑料聚丙烯相接近。朱大勇等[11]以环氧呋喃树脂为增溶剂，通过双螺杆挤出机将PLA 与PBS 进行熔融共混得到了综合力学强度均优异于PLA 和PBS 的共混物。

1.2.3 与无机纳米粒子共混

周志斌等[12]用SiO2填充改性PLA/PBAT 复合材料。与纯PLA/PBAT 相比，改性后的复合材料拉伸强度和冲击强度得到显著提高。

2 展望

化学合成型可降解材料可根据需求进行化学设计合成。因此，近年来，化学合成型可降解材料的研究和应用频率逐年增高，它的研究应用一定程度上缓解了环保矛盾。近年来，研究者们开始青睐于用纳米金属氧化物改性化学合成型可降解材料。纳米金属氧化物的加入可以有效地改善聚合物的力学性能，提高聚合物的光泽度。Kokkarachedu Varaprasad 等[13]用纳米金属氧化物改性聚对苯二甲酸聚己内酯共聚物，得到了聚对苯二甲酸聚己内酯基金属氧化物薄膜。改性后的薄膜拉伸强度和弹性模量提高，而且色泽光亮。有望于在包装领域生产化。这种改性方法研究较少，具有很宽的研究前景。