生物降解聚合物共混物的介绍

在过去的几十年，混合聚合物的应用范围引起了极大的关注，包括至少含有一种可生物降解组分的可降解生物聚合物。本文将简要概述共混物生物降解方面的研究--具有生物降解特性的生物基聚合物（单体或聚合物）。两种最主要的生物基工业化聚合物是聚-3-羟基丁酸乙酯(P3HB)和聚乳酸(PLA)。在几年前，包装"塑料"污染的环境问题受到了广泛的关注。传统包装材料（渔网，泡沫粒子，包装薄膜，医疗包装材料）的替代品研究至今仍有很多人员在进行配方研究，其中生物医疗材料要求具有可控的药物释放特性，生物相容性及体内生物降解，为了使材料更好地满足使用要求，以达到合理的平衡使用要求和生物降解速率，需要对聚合物进行共混改性。

聚3-羟基丁酸乙酯属于脂肪族聚酯类，在180℃熔点条件下由细菌发酵产生，具有生物降解特性和生物相容性。相关文献报道了聚3-羟基丁酸乙酯与聚环氧乙烷、纤维素乙酸酯、丁酯纤维素、纤维素丁酸、醋酸丁酸纤维素（CAB）、聚醋酸乙烯酯（PVAc）、聚偏二氟乙烯（PVF2）、聚氯乙烯、聚环氧氯丙烷的相容性。聚3-羟基丁酸乙酯/聚甲基丙烯酸甲酯共混物在200℃液氮条件下进行淬火处理呈现单相特性，在140-170℃的温度范围内退火则发生相分离，出现溶解温度最高临界值。根据熔点温度下的组分变化对部分合成等规聚3-羟基丁酸乙酯的细茵共晶度进行了实验研究。微生物合成等规聚3-羟基丁酸乙酯与无规聚3-羟基丁酸乙酯表现出相容性，在微生物聚3-羟基丁酸乙酯结晶片层的非结晶区域可以观察到无规聚3-羟基丁酸乙酯。聚乙烯醇含量高于70％的聚3-羟基丁酸乙酯/聚乙烯醇共混物具有部分相容性，且具有良好的力学性能。聚3-羟基丁酸乙酯的含量偏低会导致聚3-羟基丁酸乙酯的水吸附性锐减。含聚乙烯醇的间规结构与聚3-羟基丁酸乙雕的相容性优手无规聚乙烯醇。聚4-乙烯苯酚(P4VP)与聚3-羟基丁酸乙酯，聚3-羟基丁酸(P3HV)和3HB-3HV共聚物相容,基于熔点数据的计算结果表明相容性作用参数X分别为-1.2和-1.4。在4-乙烯基苯酚含量高于10％的条件下，细菌、等规聚3-羟基丁酸乙酯混合物与苯乙烯-4-乙烯基的共聚物表现出了相容性。聚3-羟基丁酸酯-CO-3-羟基与丁二烯丙烯睛共聚物（丙烯睛含量为50%)具有相容性。

聚乳酸可由乳酸缩聚反应或乳酸双内酯开环聚合反应制得。聚乳酸存在两种异构体（L-乳酸/D-乳酸），可以形成等规结晶聚合物PLLA和PDLA，异构体发生共聚反应可以生成非晶材料(PDLLA)，这些聚合物属于热塑性塑料，具有生物降解特性和较高的强度，但冲击强度普遍较差。对这些聚合物进行了广泛的研究以获取性能优异的共混物，其中包括组分和生物降解特性的研究。相关文献报道了聚乳酸与聚乙二醇、聚乙烯基酚、聚已内酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸甲酯的共混物。低含量聚乙二醇的聚乳酸/聚乙二醇共混物具有相容性，高含量的聚乙二醇则表现出部分相容性。聚乙烯醇/聚乳酸共混物存在相分离，聚乙烯吡咯烷酮/聚乳酸共混物、聚乙烯基酚/聚乳酸共混物及聚己内酯/消旋聚乳酸共混物也存在相分离。聚甲基两烯酸甲酯/左旋聚乳酸共混物具有相容性，而聚甲基丙烯酸甲酯/消旋聚乳酸共混物则出现相容或部分相容，主要取决于制备方法的选择。聚3-羟基丁酸乙酯/消旋聚乳酸共混物在组成范围内相容，相关文献报道了反应所产生的两种主要的生物降解天然产物。研究发现聚丁二酸丁二醇酯与左旋聚乳酸的非晶相具有相容性，两种聚合物均表现出分离晶相转变。基于熔点数据的计算结果表明相容性作用参数为-0.15。左旋聚乳酸与聚己内醋混合出现相分离，但左旋聚乳酸的结晶度随聚已内酯含量的增加面增加。

聚乳酸作为生物降解材料替代传统热塑性塑料应用于产品包装，其最大的不足之处是脆性很高。与线性低密度聚乙烯共混只能轻微地改善冲击性能，但是聚乳酸-b-聚乙烯共聚物可以提高缺口韧性40倍。

生物降解聚合物共混物的研究主要包括相态特性以及特定组分可降解性的研究。研究降解动力与组分之间的函数关系，主要包括对土壤掩埋聚合物的力学性能和重量损失的监测。增加共混物中聚酯的含量可以提高聚3-羟基丁酸乙酯/脂肪族共聚酯（己二酸/乙二醇/乳酸凝析油）混合物的相容性，降低真菌降解度。增容聚己内酯（聚己内酯-多糖）/淀粉共混物在力学性能方面有所提高，并且比控制聚己内酯/淀粉共混物具有更高的降解度。聚3-羟基丁酸乙酯/醋酸丁酸纤维素共混物在天然水中的降解发生在表面的无定形区域，并由外向内扩展。增加醋酸丁酸纤维素的含量可以降低聚3-羟基丁酸乙酯的降解率，因为醋酸丁酸纤维素的降解率较低。聚乙烯醇的生物降解性的特点是其主链中含有碳氢合成物。聚合物的生物降解特性主要取决于主链单元（如聚己内酯）。在不同环境条件下对聚乙烯醇生物降解材料的生化特性及微生物物理特性进行了研究。聚乙烯醇与木质纤维素、淀粉、聚3-羟基丁酸乙酯、聚己内酯、甲壳素和明胶共混物的生物降解性也有相关研究。