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(yīng)用 關(guān)鍵詞：聚乳酸 合成 改性 應(yīng)用

一、前言

目前塑料制品被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，它在給人們生產(chǎn)、生活帶來極大方便的同時(shí)，“白色污染”也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)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(shì)必將引起嚴(yán)重的能源和人類生存危機(jī)。聚乳酸（PLA）是一種具有優(yōu)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(jīng)過酶分解得到葡萄糖再經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸然后經(jīng)過化學(xué)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(nèi)會(huì)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(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，因而是一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料。

由于聚乳酸樹脂具有環(huán)境保護(hù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約化石類資源、促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展等多重效果，是近年來開發(fā)研究最活躍、發(fā)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(chǎn)中，生物技術(shù)主要體現(xiàn)在乳酸單體生產(chǎn)上，而由乳酸單體生產(chǎn)乳酸聚合物是常規(guī)的聚合物合成技術(shù)。生物法由植物性原料生產(chǎn)乳酸的關(guān)鍵問題是開發(fā)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(diǎn)是合成的聚乳酸不含催化劑，但反應(yīng)條件相對(duì)苛刻，近幾年來通過技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)，直接聚合法取得了一定的進(jìn)展，但目前在工業(yè)上還少有應(yīng)用。

直接法（一步法）

2、二步法，也叫非溶劑法或丙交酯開環(huán)聚合法。乳酸先脫水環(huán)化生成環(huán)狀二乳酸，再開環(huán)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(nèi)外應(yīng)用較多的生產(chǎn)方法。二步法生產(chǎn)聚乳酸關(guān)鍵技術(shù)包括：催化劑和引發(fā)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(shí)存在著降解速度難以控制,強(qiáng)度和韌性不夠以及致炎效應(yīng)等缺點(diǎn),為此人們對(duì)PLA 進(jìn)行大量的改性研究。聚乳酸的改性方法有物理改性、化學(xué)改性。物理改性主要是通過共混、增塑及纖維復(fù)合等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物的改性?；瘜W(xué)改性包括共聚、交聯(lián)、表面修飾等，主要是通過改變聚合物大分子或表面結(jié)構(gòu)改善其脆性、疏水性及降解速率等。現(xiàn)在,人們關(guān)注最多的是共聚改性,其通過調(diào)節(jié)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(shí)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(jìn)行混合，通過聚合物各組分性能的復(fù)合來達(dá)到改性的目的。共混物除具有各組分固有的優(yōu)良性能外，還由于組分間某種協(xié)同效應(yīng)呈現(xiàn)新的效應(yīng)。依據(jù)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(nèi)酯）共混體系：將PLA 和PCL 共混，共混物存在兩個(gè)明顯的玻璃化轉(zhuǎn)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(jī)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(jià)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(duì)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(diǎn)、低揮發(fā)性的低分子量物質(zhì)，從而改善其機(jī)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(jīng)增塑后的聚乳酸的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度、熔點(diǎn)、結(jié)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(fù)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(qiáng)材料;而且可以加工成板狀、棒狀、螺釘?shù)雀鞣N形狀。碳纖維具有很高的比強(qiáng)度、比模量, 生物相容性和穩(wěn)定性好, 同完全可吸收聚合物復(fù)合材料一樣, 骨折愈合后也不必二次手術(shù)取出。因此采用碳纖維增強(qiáng)聚乳酸制備復(fù)合材料可以用作骨折內(nèi)固定生物材料。磷酸鹽玻璃纖維是一種能在體內(nèi)完全吸收、活性很好的纖維, 用它可增強(qiáng)PLLA 的強(qiáng)度。在傳統(tǒng)的磷酸鈣玻璃中加入22%(質(zhì)量)的三氧化二鐵制備的纖維增強(qiáng)PLLA 后的復(fù)合材料力學(xué)性能得到明顯的改善。但纖維與基體之間界面結(jié)合力差, 強(qiáng)度和模量保持的時(shí)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(guī)整度和結(jié)晶度降低。目前聚乳酸的共聚改性主要可以分為以下幾個(gè)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(diào)節(jié)LLAPG的比例可控制材料的降解速度,作為手術(shù)縫合線已得到臨床應(yīng)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(yōu)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(nèi)酯(CL)共聚合聚(ε2己內(nèi)酯)(PCL)是一種具有良好的生物相容性和降解性的生物醫(yī)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(dá)到控制降解速度,LAPCL嵌段共聚物近年來由于優(yōu)異的生物降解和生物相容性受到廣泛的關(guān)注,主要用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

四、聚乳酸應(yīng)用 4.1在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)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(rèn)可的一類生物降解材料，其最終降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常糖代謝產(chǎn)物，所以不會(huì)在重要器官聚集。它具有對(duì)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(yōu)點(diǎn)，因此聚乳酸及其共聚物已經(jīng)成為一種備受關(guān)注的新興可生物降解的生物醫(yī)用高分子材料。其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要包括在縫合線、藥物控釋載體、骨科內(nèi)固定材料、組織工程支架等方面的應(yīng)用。

例如控制釋放就是將藥物或其他生物活性物質(zhì)和基材結(jié)合在一起使藥物通過擴(kuò)散等方式在一定時(shí)間內(nèi)，以某一速來率釋放到環(huán)境中。聚乳酸作為藥物載體時(shí)，隨著聚乳酸在體內(nèi)的降解，其結(jié)構(gòu)變得疏松，內(nèi)含藥物從中溶解，擴(kuò)散的阻力減小，藥物釋放速度加快。當(dāng)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(shí)，就實(shí)現(xiàn)了藥物的長期衡量釋放。利用PLA 的末端羥基可以進(jìn)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(jìn)行有效釋放。目前，聚乳酸及其共聚物已被應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用

PLA 在紡織領(lǐng)域的研究應(yīng)用開發(fā)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(jīng)干法或濕法成網(wǎng)制得非織造布。聚乳酸非織造布用于農(nóng)業(yè)、園藝方面,可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等;在醫(yī)療衛(wèi)生方面,可用作手術(shù)衣、手術(shù)覆蓋布、口罩等,也可用作尿布、婦女衛(wèi)生巾的面料及其他生理衛(wèi)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(xué)性能、熱穩(wěn)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(fù)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(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

以聚乳酸纖維制得的布料具有真絲的光澤、優(yōu)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(kuò)大到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，聚乳酸纖維在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的主要用途是：在木工工程中作網(wǎng)、墊子、沙袋等；在種植業(yè)中作養(yǎng)護(hù)薄膜等，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)中作播種織物，薄膜防蟲放獸害蓋布、芳草袋等，在漁業(yè)中做漁網(wǎng)，魚線等，在家用器具中做垃圾網(wǎng)、手巾、濾器等。4.3 在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用 PLA 在包裝領(lǐng)域的用途主要可用做包裝帶、包裝用膜、農(nóng)用薄膜、泡沫塑料、餐具、園藝用膜、冷飲杯等。2002 年日本一學(xué)者開發(fā)了具有生物降解性和優(yōu)良的機(jī)械性能以及柔韌性的包裝帶,該包裝帶材料由結(jié)晶性聚乳酸、增塑劑和無機(jī)填料組成,適用于自動(dòng)包裝機(jī)。

五、結(jié)語

近年來,國內(nèi)外可生物降解塑料得到了很快的發(fā)展,成為可持續(xù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的焦點(diǎn)。無論是從能源替代、二氧化碳減少,還是從環(huán)境保護(hù)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(yōu)點(diǎn),其領(lǐng)先地位可以由目前PLA在包裝、紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,越來越多的PLA新型產(chǎn)品,逐漸增加的在建項(xiàng)目,日益擴(kuò)大的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和加工企業(yè)數(shù)量,以及與PLA相關(guān)的專利及文章的發(fā)表來證明,在當(dāng)今社會(huì)必然有著廣闊的研究和應(yīng)用前景。

六 參考文獻(xiàn)

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(jìn)展

科技導(dǎo)報(bào)2009，27（17）

2、張望璽，可降解聚合物的合成及改性研究進(jìn)展，塑料工業(yè)，第34卷 第七期

3、王劍峰，生物可降解材料聚乳酸的研究進(jìn)展，化學(xué)工程與設(shè)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(yīng)用

姓 名： 虎少奇 班 級(jí)：金材132班 學(xué) 號(hào)：***3

材料科學(xué)與工程學(xué)院

河南科技大學(xué)

納米材料及其應(yīng)用

摘 要：納米材料由于其獨(dú)特的效應(yīng)，使得納米材料具有不同于常規(guī)材料的特殊用途。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料已經(jīng)從高精尖領(lǐng)域逐漸走到百姓的生活之中，它的科學(xué)價(jià)值及應(yīng)用價(jià)值逐漸被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，納米技術(shù)的研究得到了更多的關(guān)注。逐漸新興起的的納米材料進(jìn)入人們的眼球，就需要我們對(duì)納米材料進(jìn)行更多的研究與發(fā)展，揭秘其中的奧秘之處，就像人們所認(rèn)知的那樣被大家熟知。為此，我們應(yīng)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(guān)鍵詞：納米材料；效應(yīng)；納米技術(shù)；納米結(jié)構(gòu)；應(yīng)用范圍；

1.納米材料

納米級(jí)結(jié)構(gòu)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(xì)顆粒材料的總稱。根據(jù)2011年10月18日歐盟委員會(huì)通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀、團(tuán)塊狀的天然或人工材料，這一基本顆粒的一個(gè)或多個(gè)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(shù)量在整個(gè)材料的所有顆粒總數(shù)中占50％以上。從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)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(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級(jí)）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì)有顯著的不同。

2.納米材料的發(fā)展史

1962年，久保提出超微顆粒的量子限域理論，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)納米微粒的探索。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到納米粒子的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家。他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法做了超微粒子，并發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)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(shí)驗(yàn)室Siegel博士制備出納米TiO2多晶陶瓷，呈現(xiàn)良好的韌性，在100多度高溫彎曲仍不裂。這一突破性進(jìn)展造成第一次世界性納米熱潮，使其成為材料科學(xué)的一個(gè)分支。這使得納米材料飛速發(fā)展。1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國巴爾的摩舉辦《Nanotechnology》和《Nanobiology》兩種國際性專業(yè)期刊也在同年相繼問世。標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。今天，納米科技的發(fā)展使費(fèi)曼的預(yù)言已逐步成為現(xiàn)實(shí)。納米材料的奇特物性正對(duì)人們的生活和社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。

納米材料的發(fā)展分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段（在1990年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)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(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對(duì)納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對(duì)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(gè)階段（1994年以前）是人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)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(dǎo)方向。第三個(gè)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(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。

3.納米材料的五大效應(yīng)

（1）體積效應(yīng)

當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。

（2）表面效應(yīng)

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

（3）量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)接近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會(huì)反常變化，光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長方向的移動(dòng)，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。因此，對(duì)超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應(yīng)，原有宏觀規(guī)律已不再成立。

（4）量子隧道

微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘產(chǎn)生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。用此概念可定性解釋超細(xì)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(yīng)較少不被注意到。實(shí)際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質(zhì)所包圍，而這些介質(zhì)的折射率通常比無機(jī)半導(dǎo)體低。光照射時(shí)，由于折射率不同產(chǎn)生了界面，鄰近納米半導(dǎo)體表面的區(qū)域﹑納米半導(dǎo)體表面甚至納米粒子內(nèi)部的場強(qiáng)比輻射光的光強(qiáng)增大了。這種局部的場強(qiáng)效應(yīng)，對(duì)半導(dǎo)體納米粒子的光物理及非線性光學(xué)特性有直接的影響。對(duì)于無機(jī)-有機(jī)雜化材料以及用于多相反應(yīng)體系中光催化材料，介電限域效應(yīng)對(duì)反應(yīng)過程和動(dòng)力學(xué)有重要影響。

4.納米技術(shù)

納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。目前，納米技術(shù)主要應(yīng)用于“袖珍軍團(tuán)“，微型環(huán)狀激光器，納米級(jí)微電子軟件，超微型計(jì)算機(jī)等方面。

5.納米結(jié)構(gòu)

納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)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(duì)納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微?；虬雽?dǎo)體納米微粒在一個(gè)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(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點(diǎn)，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機(jī)介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無序介孔復(fù)合體。在薄膜嵌鑲體系中，對(duì)納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開的。

6.納米材料的制備

（1）惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經(jīng)高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結(jié)。國外用上述惰性氣體蒸發(fā)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(tài)和半導(dǎo)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(dǎo)體、陶瓷等納米材料。

（2）化學(xué)方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結(jié)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(fā)分解法、乳膠法和蒸發(fā)分離法等。

（3）綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學(xué)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(yīng)用范圍

就目前而言，納米材料應(yīng)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(dǎo)體材料，納米催化材料，納米計(jì)算機(jī)，納米碳管，醫(yī)

療應(yīng)用，家電，環(huán)境保護(hù)，紡織工業(yè)，機(jī)械工業(yè)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(dǎo)體材料了。

（1）納米磁性材料

在實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、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(qiáng)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(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。

（2）納米陶瓷材料

傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動(dòng)，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動(dòng)，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)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(jìn)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(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）納米半導(dǎo)體材料

將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)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(dǎo)體粒子受光照射時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽能催化分解無機(jī)物和有機(jī)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(fā)現(xiàn)而已，就像鴿子大腦里的導(dǎo)航，生活的一些半導(dǎo)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(jīng)在我們身邊大量事物中出現(xiàn)。它的應(yīng)用前景非常廣闊，我們應(yīng)該更深一步的研究納米材料，揭開其神秘的面紗。

參考文獻(xiàn)

1.丁秉鈞，《納米材料》，普通高等教育材料科學(xué)與工程專業(yè)規(guī)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(yīng)用，《綏化學(xué)院學(xué)報(bào)》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，納米材料的應(yīng)用，《中國科技信息》，2004年第22期 19,21，課程學(xué)習(xí)后的收獲與建議： 收獲：

自當(dāng)學(xué)習(xí)了功能材料之后，我便從中更深一步了解到了材料的本質(zhì)，這對(duì)我們材料專業(yè)的學(xué)生來說無疑是最有幫助的，我們是學(xué)習(xí)材料的，就必須從材料的多個(gè)層面去了解，并且熟悉材料，這樣才可以更加熟悉的運(yùn)用材料的特性，掌握材料的本質(zhì)。學(xué)習(xí)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(dǎo)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(shí)過的材料和材料方面的其他知識(shí)。就拿形狀記憶合金來說，我們能想到的是它會(huì)記憶自己的形態(tài)，就像之前學(xué)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(yīng)是由合金的 “相變化”來實(shí)現(xiàn)的，隨著溫度的改變，合金的結(jié)構(gòu)從一相轉(zhuǎn)變到另一相。

總而言之，學(xué)習(xí)這門課程對(duì)我們來說還是收益頗多的，對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)工作都將有頗為重要的作用。

建議：

總的來說對(duì)這門課程還是比較感興趣的，當(dāng)初選這門課程就是沖著自己的興趣去的，龍老師對(duì)這門課程也是投入了大量的精力，講課也是相當(dāng)認(rèn)真負(fù)責(zé)；但是，由于課程內(nèi)容比較抽象，同學(xué)們的熱情并不是很高。要是實(shí)驗(yàn)的內(nèi)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(xué)習(xí)中，老師可以帶領(lǐng)我們多去實(shí)驗(yàn)室，在動(dòng)手過程中幫我們指導(dǎo)學(xué)習(xí)。

第三篇：功能材料論文

納米復(fù)合涂層的研究進(jìn)展

摘要：綜述了納米復(fù)合涂層的制備工藝,包括熱噴涂、納米復(fù)合鍍、納米粘結(jié)粘涂技術(shù)、納米復(fù)合涂料技術(shù)等;介紹了納米復(fù)合涂層在提高材料力學(xué)性能、耐腐蝕性、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的性能研究,探究了納米復(fù)合涂層在科技界和產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用。展望了納米復(fù)合涂層的發(fā)展、關(guān)鍵詞：納米復(fù)合涂層;制備;性能;研究進(jìn)展 自從八十年代初，德國科學(xué)家提出納米晶體材料概念以來，世界各國科技界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)納米材料產(chǎn)生了濃厚的興趣和廣泛的關(guān)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(jié)構(gòu)和處于熱力學(xué)上極不穩(wěn)定的狀態(tài)，表現(xiàn)出有別于傳統(tǒng)材料的不同性能，正是由于納米材料這種獨(dú)特的效應(yīng)，從而使納米材料具有一系列優(yōu)異的功能特性。隨著相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的不斷完善，納米材料科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入應(yīng)用研究階段。納米材料的合成與成形技術(shù)的發(fā)展和成熟，尤其是納米材料與表面技術(shù)的結(jié)合，對(duì)于納米材料和表面納米技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化起著至關(guān)重要的推動(dòng)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(gòu)成的材料[1]。由于量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等,使納米材料在力學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能、熱學(xué)性能等方面與傳統(tǒng)的固體材料有許多不同的特殊性質(zhì),成為當(dāng)今材料科學(xué)的前沿和一個(gè)開拓性的新領(lǐng)域,有著極為廣泛的應(yīng)用前景[2]面工程是21世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。表面工程是由多個(gè)學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來的新興學(xué)科,它的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備優(yōu)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(tǒng)的表面涂層技術(shù)相結(jié)合,可得到納米復(fù)合涂層。納米復(fù)合涂層是由兩相或兩相以上的固態(tài)物質(zhì)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(fù)合涂層集中了納米材料的優(yōu)異特性,因而具有更好的性能,可以在更廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用。

納米復(fù)合涂層的制備

1納米熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)是材料表面強(qiáng)化與保護(hù)的重要技術(shù),它在表面技術(shù)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(tài),并通過氣流吹動(dòng)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(shù)〔’〕。納米微粒用于熱噴涂技術(shù)中備的納米復(fù)合涂層與傳統(tǒng)涂層相比,在強(qiáng)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(shí)具有多種性能

制備納米復(fù)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(duì)A1T3粉(納米1A20。與ITOZ混合物,ITO:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%)在等離子噴涂中的應(yīng)用,將經(jīng)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(jié),制成適于等離子噴涂用,利用此粉制備的納米復(fù)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(yīng)力降低,結(jié)合力提高,內(nèi)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(jìn)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(qiáng)相的納米復(fù)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(qiáng)。tSewart等「`習(xí)用高速火焰噴涂(Hvo)F制得了WC一co納米復(fù)合涂層,在涂層組織中可以觀察到,納米微粒散布非晶態(tài)C。相中,結(jié)合良好,涂層顯微硬度明顯增加。Kear等〔9」對(duì)涂層硬度增加的原因作了進(jìn)一步解釋。PilaS等[’oJ也利用HvoF制備了ere一NICr納米復(fù)合涂層,并對(duì)其力學(xué)和摩擦性能進(jìn)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(zhì)顯著提高,耐磨性增加 用熱噴涂技術(shù)所得到的納米復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度、硬度、耐磨和耐蝕性等都較傳統(tǒng)涂層高,拓寬了這種技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)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(yōu)良的納米結(jié)構(gòu)涂料等問題還需要進(jìn)一步研究。2.物理氣相沉積技術(shù)

蒸發(fā)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(fā)而獲得，即蒸發(fā)鍍膜；后者是由離子轟擊靶材獲得，即濺射鍍膜。產(chǎn)生濺射效應(yīng)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(dòng)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(jì)中。20世紀(jì)50年代，隨著高頻濺射技術(shù)的突破，濺射鍍膜得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)有兩極濺射、三極濺射、反應(yīng)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(chǔ)上推出離子鍍系統(tǒng)，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(shí)進(jìn)行的物理氣相沉積技術(shù)。離子轟擊可以改善膜層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，改善膜層的結(jié)構(gòu)(例如細(xì)化晶粒和提高致密度)和性能。事實(shí)上，離子鍍是以蒸鍍和濺射這兩種PVD技術(shù)為基礎(chǔ)，再加上離子轟擊而衍生的次級(jí)技術(shù) 3.離子鍍技術(shù)

目前，工業(yè)應(yīng)用的離子鍍技術(shù)主要是以蒸鍍?yōu)榛A(chǔ)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(jìn)行弧光放電?；」夥烹妰H在陰極(靶材)表面的弧斑處進(jìn)行，其溫度高達(dá)8000~40000K。高溫下弧斑噴出的物質(zhì)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(fù)偏壓，吸引離子向工件方向運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)離子鍍。電弧離子鍍?cè)?0世紀(jì)80年代在美國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并沿用至今。最近采用脈沖偏壓技術(shù)，導(dǎo)致鍍膜過程遠(yuǎn)離平衡態(tài)特性，有利于提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，降低內(nèi)應(yīng)力。這種技術(shù)具有沉積速度快、附著力強(qiáng)、適合工業(yè)化生產(chǎn)等許多優(yōu)點(diǎn)，但最大的問題在于靶材噴出的液滴會(huì)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(shù)時(shí)，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(kuò)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(kuò)展到遠(yuǎn)離靶面處，使基體浸沒其中。這有利于以磁控濺射為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)離子鍍，并使磁控濺射離子鍍與陰極電弧蒸發(fā)離子鍍處于競爭和互補(bǔ)的狀態(tài)。英國TeerCoatings公司從20世紀(jì)90年代開始推出非平衡磁控濺射離子鍍的一系列設(shè)備，用于研發(fā)和生產(chǎn)[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(xué)組分上更易于控制和調(diào)節(jié)，是目前較為新穎的一種硬質(zhì)涂層合成技術(shù)。利用離子鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的硬質(zhì)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(qiáng)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(jī)械零部件等領(lǐng)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(fù)合化。例如TiN系列硬質(zhì)膜正向納米多層膜發(fā)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(zhì)膜及其復(fù)合涂層，包括DLC、CNx及其多層復(fù)合涂層。此外，還有TiN系膜與碳系硬質(zhì)膜的復(fù)合涂層(如TiN/CNx)等。納米多層涂層具有可控的一維周期結(jié)構(gòu)，交替沉積的單層膜厚度一般不超過5~15nm。一般認(rèn)為，納米多層涂層的高硬度主要是由于層內(nèi)或?qū)娱g位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻所致。進(jìn)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(guān)系[14]，當(dāng)在形狀復(fù)雜的刀具或零件表面沉積納米多層膜時(shí)，很難均勻控制各層的膜厚，同時(shí)在高溫工作環(huán)境下，各層間的元素相互擴(kuò)散也會(huì)導(dǎo)致涂層性能下降。

納米復(fù)合涂層的性能研究

力學(xué)性能

納米粒子的加人對(duì)于傳統(tǒng)涂層力學(xué)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(qiáng)了涂層與基體間的結(jié)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(xué)鍍制備的納米復(fù)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(shí),復(fù)合涂層的顯微硬度較傳統(tǒng)涂層提高了2倍[31] 蔣斌等[32]利用電刷鍍技術(shù)制得的納米SiO2/Ni復(fù)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(fù)合涂層的抗疲勞性能都比未添加納米微粒時(shí)增加;經(jīng)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(jí)SiO2和微米級(jí)SiO2,對(duì)兩種復(fù)合涂層的力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比果表明,納米復(fù)合涂層的附著力和耐沖擊性都較微米級(jí)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(jié)晶度的改變及改性納米微粒的作用,提高了納米復(fù)合涂層的耐沖擊性和熱穩(wěn)定性【34】，納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹脂的改性也有顯著效果,添加納米微粒之后,復(fù)合涂層的拉伸強(qiáng)度提高了26%,無缺口沖擊強(qiáng)度提高了30%[35〕。iN納米微粒添加到聚氨酷中,復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)減小,耐磨性提高[’36〕。環(huán)氧樹脂與聚醋的混合物經(jīng)過納米Al2O3的改善,在納米微粒添加到8%時(shí),沖擊強(qiáng)度較未加納米微粒的混合物及純環(huán)氧樹脂分別增加了110%、400%,拉伸強(qiáng)度則分別增加了4%、165%;同時(shí),涂層的介電性和耐熱性也得到提高[37] 光、電、磁學(xué)性能

無機(jī)材料TiO2:、ZnO等具有很強(qiáng)的光催化功能,可利用紫外線或日光將有機(jī)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(huán)境污染物,達(dá)到減少污染、保護(hù)環(huán)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(chǎn)生隨角異色效應(yīng),可制作汽車金屬閃光面漆,這種漆還具有極強(qiáng)的附著力和耐酸堿性能,在高檔汽車涂料、商標(biāo)印刷油墨、特種建筑涂料等具有很大的應(yīng)用市場

納米復(fù)合涂層因納米微粒的導(dǎo)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(dǎo)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(diào)節(jié)顏色。在化纖品中加人金屬納米微?？梢越鉀Q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(gè)特性可以開發(fā)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(yōu)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(duì)密度小,在隱身方面的應(yīng)用有明顯的優(yōu)越性。采用單磁疇針狀微粒制備的納米復(fù)合涂層,具有單磁疇結(jié)構(gòu),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(fù)合涂層的應(yīng)用

近年來，不少研究機(jī)構(gòu)采用PVD(包括磁控濺射)技術(shù)制備納米復(fù)合涂層，例如nc-TiN/a-Si3N4、nc-TiN/BN和nc-TiAlN/a-Si3N4等。初步研究結(jié)果顯示，納米復(fù)合涂層在金屬加工特別是干切削中有良好的應(yīng)用前景。納米復(fù)合涂層技術(shù)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(yīng)，即當(dāng)晶粒尺寸進(jìn)入納米尺度范圍(<10nm)時(shí)，物質(zhì)顯示出與常規(guī)材料截然不同的特性(例如超高硬度)[16-17]。納米復(fù)合涂層及其在干切削加工中的應(yīng)用是目前高性能刀具的研究開發(fā)熱點(diǎn)。硬質(zhì)涂層的應(yīng)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(shù)控機(jī)床的應(yīng)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(shù)愈來愈受到重視，同時(shí)也對(duì)刀具涂層技術(shù)及涂層材料提出了更高要求。而納米復(fù)合涂層的發(fā)展順應(yīng)了現(xiàn)代機(jī)械加工對(duì)高效、高精度、高可靠性和環(huán)保的需求。迄今為止，納米涂層在制造業(yè)上的應(yīng)用已初見成效[18]。例如，瑞士Platit公司利用LARC?(LateralRotatingARC-Cathodes)技術(shù)開發(fā)的新一代nc-TiAlN/a-Si3N4納米復(fù)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(jié)構(gòu)(Supernitrides)涂層[21]，這類涂層將硬質(zhì)涂層的抗磨損性能及氧化物涂層的化學(xué)穩(wěn)定性結(jié)合起來，在應(yīng)用中表現(xiàn)出極佳的熱穩(wěn)定性；Balzers和Teer等公司在硬質(zhì)涂層表面上再鍍上固體潤滑納米涂層如WC/C和MoS2/Ti，發(fā)現(xiàn)刀具的干切削效能得到進(jìn)一步提高[22-23]。結(jié)論

將納米材料與表面涂層技術(shù)相結(jié)合制備出的納米復(fù)合涂層較傳統(tǒng)涂層有更大的優(yōu)越性。納米復(fù)合涂層均勻、結(jié)構(gòu)致密,有更好的力學(xué)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(zhì),在其他領(lǐng)域中,納米復(fù)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(fù)合涂層用于室內(nèi)、醫(yī)院及某些公共場合可以產(chǎn)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(fù)合涂層廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、軍艦等武器裝備上；利用納米復(fù)合涂層中納米微粒對(duì)環(huán)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(shù)已經(jīng)制備了很好的雙疏性單分子膜,具有很好的摩擦學(xué)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(fā)原位聚合,得到TiO2:納米線彌散在高聚物的納米復(fù)合膜〔44,這種納米復(fù)合膜具有良好的減摩功能[45];同時(shí),還利用原位復(fù)合技術(shù)制備了含氟聚合物一納米TiO2/聚丙烯酸丁醋納米復(fù)合膜及摩擦性能復(fù)合涂層,涂層具有很好的疏水效果[46]。

納米復(fù)合涂層的研究還處于剛剛起步階段,有很多問題有待于進(jìn)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(shù)的結(jié)合等方面。在納米材料的制備合成技術(shù)不斷取得進(jìn)展和基礎(chǔ)理論研究日益深人的基礎(chǔ)上,納米涂層將會(huì)有更快、更全面的發(fā)展,制備方法也在不斷得到創(chuàng)新和完善,其應(yīng)用將遍及多個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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

第四篇：功能材料學(xué)課程論文

課

程

論

文 評(píng) 分 標(biāo) 準(zhǔn)

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(jìn)展、應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)。（40分）

2、論文書寫順序?yàn)椋侯}目、作者、摘要、介紹、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)。（10）

3、語言流暢，用詞規(guī)范，論證條理清晰，論據(jù)充分，重點(diǎn)突出，立意新穎，結(jié)合實(shí)際。（20分）

4、嚴(yán)禁抄襲，發(fā)現(xiàn)后按不及格處理。

5、字?jǐn)?shù)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(shè)計(jì)選用Word文檔默認(rèn)參數(shù)，第2行標(biāo)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(xué)院、專業(yè)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(guān)鍵詞小五宋體；正文與關(guān)鍵詞之間空一行，5#宋體首行縮進(jìn)2個(gè)字符。（10分）

7、參考文獻(xiàn)用小5#宋體。（10分）

期刊：[序號(hào)] 作者.題名[J].刊名，出版年，卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁碼.書籍：[序號(hào)] 作者.書名(版次，第1版不標(biāo)注)[M].出版地：出版者，出版年.起止頁碼.論文集：[序號(hào)] 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(xué)位論文：[序號(hào)] 作者.題名[D].保存地點(diǎn)：保存單位，年份.報(bào)紙：[序號(hào)] 作者.題名[N].報(bào)紙名，出版日期（版次）.

第五篇：聚乳酸的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

聚乳酸的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

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(duì)人體高度安全，對(duì)環(huán)境友好，可塑性好，易于加工成型，被公認(rèn)為新世紀(jì)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(yīng)用等藥學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展，展望了未來聚乳酸類材料的研究及應(yīng)用方向，為在克服聚乳酸材料原有缺陷的基礎(chǔ)上開發(fā)出新用途的藥學(xué)類材料提供有效的資料依據(jù)。

關(guān)鍵詞：聚乳酸 藥用高分子材料 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

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(duì)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(chǎn)品和環(huán)保產(chǎn)品正成為一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。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(xué)強(qiáng)度高，不污染環(huán)境，可塑性好，易于加工成型，有著廣泛的研究和應(yīng)用前景，符合當(dāng)今所倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，被公認(rèn)為新世紀(jì)最有前途的生物醫(yī)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(zhì) 聚乳酸(PLA)是以微生物的發(fā)酵產(chǎn)物L(fēng)_乳酸為單體聚合成的一類聚合物，有獨(dú)特的可生物降解性能、生物相容性能和降解后不會(huì)遺留任何環(huán)保問題等特點(diǎn)，將成為未來應(yīng)用發(fā)展前景廣闊的生態(tài)環(huán)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(huán)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(xiàn)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(shù)實(shí)際應(yīng)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(duì)環(huán)境友好、良好的力學(xué)性能及易于加工成形等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用高分子、紡織行業(yè)、農(nóng)用地膜和包裝等行業(yè)。

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(gè)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(nèi)消旋聚乳酸(meso-PLA)等幾種光異構(gòu)聚合體，其中最常用的是左旋異構(gòu)聚合體L-PLA。各種異構(gòu)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(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在對(duì)具體工藝的改進(jìn)和完善上。

2.聚乳酸的基本應(yīng)用

聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)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(yè)開發(fā)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(nèi)衣、外衣)、產(chǎn)業(yè)(建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

2.1聚乳酸在食品包裝材料方面的應(yīng)用

聚乳酸（PLA）用作食品包裝材料有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其完全可以替代傳統(tǒng)的包裝材料，而且其獨(dú)特的環(huán)保性讓其在包裝材料的未來發(fā)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(yīng)用領(lǐng)域同聚苯乙烯和PET競爭。PLA目前已經(jīng)應(yīng)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(yīng)用[2]。

聚乳酸有良好的機(jī)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?？捎糜诩庸墓I(yè)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(wěn)定，但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會(huì)自動(dòng)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(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利。聚乳酸的分解分成兩個(gè)階段：首先是純化學(xué)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(dá)到了生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效應(yīng)[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(nèi)后，可以控制藥物的釋放速度，并實(shí)現(xiàn)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(yōu)選材料之一，在硬骨組織再生、軟骨組織再生、人造皮膚、神經(jīng)修復(fù)等方面均可作為細(xì)胞生長載體，并取得了令人滿意的結(jié)果[4]。

3.關(guān)于聚乳酸性能的研究

3.1聚乳酸的優(yōu)缺點(diǎn)

PLA 的最大優(yōu)點(diǎn)是它在諸如體液的水性環(huán)境中能靠酯鍵的簡單水解而進(jìn)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(yīng)用研究范圍主要集中在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，如藥物控制釋放體系、骨折內(nèi)固定物、組織修復(fù)、細(xì)胞培養(yǎng)和醫(yī)用手術(shù)縫合線等[5]。通過調(diào)節(jié)分子量、結(jié)構(gòu)和組成等手段可改善PLA的力學(xué)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(chǎn)物是H2O和CO2，參與人體的新陳代謝，中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常糖代謝產(chǎn)物，所以不會(huì)在重要器官聚集。

PLA的不足，PLA是親油性的，表面疏水性強(qiáng)，嚴(yán)重的影響了其與細(xì)胞的親和性，導(dǎo)致細(xì)胞在大量分化時(shí)受阻。其降解物積累在體內(nèi)成酸性，PLA單靠分子量及分布來調(diào)節(jié)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(jīng)缺損中的應(yīng)用。當(dāng)植入人體的PLA片材較大時(shí)，會(huì)由于在降解過程中產(chǎn)生的濃度過大并積累，從而造成非感染性炎癥，嚴(yán)重時(shí)局部積水。另外，PLA結(jié)構(gòu)中不含細(xì)胞可識(shí)別分子，不能對(duì)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)特異性吸附，在組織工程中不能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)[6]。

3.2生物相容性

有許多學(xué)者進(jìn)行了體內(nèi)植入材料的研究，包括載藥微球、骨折內(nèi)固定材料、緩釋片材等在體內(nèi)的降解情況，均未發(fā)現(xiàn)異物反應(yīng)和炎癥反應(yīng)。但也有報(bào)道PLA于體內(nèi)降解速度過緩而出現(xiàn)異物反應(yīng)、遲發(fā)性無菌性炎癥反應(yīng)，但一般僅有植入初期的輕度炎癥反應(yīng)，多為出現(xiàn)中性粒細(xì)胞和少量淋巴細(xì)胞，無炎性浸潤，降解時(shí)的吞噬反應(yīng)以單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞為主，對(duì)周圍組織生長及修復(fù)并無干擾。

3.3生物活性

PLA載體系統(tǒng)本身并無生物活性，而是當(dāng)其吸附具有某種生物活性的多肽或蛋白類藥物后才能發(fā)揮生物活性作用。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)制備、貯存及應(yīng)用過程中藥物的生物活性完整保留是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[7]。

3.4載藥材料穩(wěn)定性

目前對(duì)空白載藥系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究很多，其中shaneem等人發(fā)現(xiàn)，載藥材料對(duì)溫度、壓力的耐受力較差，故對(duì)其消毒滅菌應(yīng)采用射線、環(huán)氧乙烷等非高溫高壓手段。同時(shí)制作工藝對(duì)其穩(wěn)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(tǒng)，它們不需要頻繁給藥，能在較長時(shí)間內(nèi)維持體內(nèi)有效的藥物濃度，從而可大大提高藥效進(jìn)而降低不良反應(yīng)[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P(guān)LA被成功的用于狗體內(nèi)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(wěn)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(shù)和給藥量，提高藥物的生物利用度，最大程度減少藥物對(duì)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(chǔ)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(zhì)類藥物釋放不連續(xù)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jīng)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(zhèn)痛藥、神經(jīng)系統(tǒng)用藥、激素及計(jì)劃生育用藥、多肽藥物和疫苗等，都處于實(shí)驗(yàn)室研究或動(dòng)物試驗(yàn)階段[13]。

用PLA作為緩釋基質(zhì)來控制生物活性物質(zhì)的釋放，其優(yōu)點(diǎn)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(shè)計(jì)效果[14]。

5.聚乳酸在國內(nèi)外的發(fā)展

5.1聚乳酸在國內(nèi)的發(fā)展

聚乳酸在中國也在加快開發(fā)和應(yīng)用之中。華東理工大學(xué)直接縮聚合成高分子量PLA項(xiàng)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(nóng)藥、肥料、包裝材料、骨固定和修復(fù)材料、藥物釋放、醫(yī)用縫合線等多種生產(chǎn)領(lǐng)域。該校經(jīng)過研究,提出了密閉體系中利用脫水劑進(jìn)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(shù)具有獨(dú)創(chuàng)性,工業(yè)化應(yīng)用前景廣闊[15]。

清華大學(xué)、長春應(yīng)化所、天津大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等在PLA和PHA(聚羥基烷基酸酯)領(lǐng)域開展研發(fā)工作,國內(nèi)現(xiàn)已形成的10萬t/a乳酸、100t/a PHA的生產(chǎn)能力,為加快PLA和PHA研發(fā)與生產(chǎn)做好了技術(shù)儲(chǔ)備。目前國內(nèi)越來越多的大型生物發(fā)酵和塑料加工企業(yè)參與了PLA和PHA的研發(fā)和生產(chǎn),如華北制藥廠、安徽豐原集團(tuán)、廣東星湖集團(tuán)、上海同杰良生物材料有限公司、武漢華麗環(huán)?？萍加邢薰?、浙江海正集團(tuán)有限公司、北京燕山石油化工股份有限公司等,為PLA和PHA產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國江西國橋?qū)崢I(yè)有限公司研制的PLA針刺非織布通過江西省經(jīng)貿(mào)委組織的技術(shù)鑒定。該產(chǎn)品以PLA為原料,采用國際先進(jìn)的高速氣流牽伸直接成布技術(shù)生產(chǎn),具有優(yōu)良的生物相溶性和降解性,是一種新型環(huán)保無紡布產(chǎn)品,主要應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境工程及生活用品等領(lǐng)域。PLA纖維試制成功,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,建議迅速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。江西國橋?qū)崢I(yè)有限公司是香港國橋?qū)崢I(yè)(集團(tuán))有限公司的分公司,主要產(chǎn)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(yè)濾布等。

5.2聚乳酸在國外的發(fā)展

EMS伊文達(dá)-費(fèi)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(chǎn)工藝推向工業(yè)化,該公司與德國AIB農(nóng)業(yè)技術(shù)研究院和FIAP聚合物研究院合作,在德國農(nóng)業(yè)部支助下,開發(fā)了基于淀粉的技術(shù)生產(chǎn)PLA[17]。該公司將投資3000萬美元在德國東部建設(shè)3000t/a PLA驗(yàn)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(xù)發(fā)酵轉(zhuǎn)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(nóng)業(yè)技術(shù)研究院擁有發(fā)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(chǎn)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(chǎn)纖維級(jí)PLA。該技術(shù)可應(yīng)用于大達(dá)10萬t/a的裝置,生產(chǎn)費(fèi)用約為1125歐元/千g,而3000t/a裝置生產(chǎn)費(fèi)用為212歐元/千g,與其他工程塑料相比也具有較好的經(jīng)濟(jì)競爭力[18]。

歐洲可生物降解塑料生產(chǎn)商在耐溫PLA開發(fā)和生產(chǎn)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(jīng)微波加熱也不變形或應(yīng)力破壞。用這種材料制作的杯子盛有橄欖油,可經(jīng)受205e下微波加熱達(dá)30min。這種Hycail材料增強(qiáng)抗熱性而不影響其他性質(zhì),如透明度、可加工性和強(qiáng)度。據(jù)稱,這種材料是將PLA推向了高性能熱塑性塑料領(lǐng)域。HycailPLA材料在荷蘭Noordhorn的生產(chǎn)裝置每年已生產(chǎn)數(shù)百t,并準(zhǔn)備建設(shè)產(chǎn)能至少為215萬t/a的大型裝置[19]。

6.總結(jié)

雖然PLA的研究已有相當(dāng)長的歷史，但距大規(guī)模的應(yīng)用還有相當(dāng)長的一段距離，尤其是在獸醫(yī)領(lǐng)域，將來醫(yī)用PLA的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓展，對(duì)PLA的共聚物、微孔材料、復(fù)合材料的研究將得到強(qiáng)化，對(duì)PLA體內(nèi)降解特性和降解產(chǎn)物的生物效應(yīng)的研究還需加強(qiáng)。從理論上解釋單體聚合方法、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)之間的關(guān)系并進(jìn)一步建立分子設(shè)計(jì)理論對(duì)PLA的研究及應(yīng)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(dāng)反應(yīng)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(yī)藥上具有其它材料無可替代的作用，對(duì)它的研究將會(huì)不斷地深入，以其為材料制成的醫(yī)療用品也將不斷增加，在醫(yī)療上的應(yīng)用范圍將迅速擴(kuò)大。對(duì)于PLA的合成和應(yīng)用研究，今后主要考慮以下幾個(gè)方向：研發(fā)高效低成本的LA制備方法；尋找更適宜的乳酸菌種和培養(yǎng)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(jìn)行聚合反應(yīng)；研究能夠自由控制聚合度并得到相對(duì)分子量分散度窄的聚合物；縮短反應(yīng)時(shí)間并緩和反應(yīng)條件；拓展對(duì)PLA共聚物的合成研究。通過不同單體與LA(包括各種異構(gòu)LA)的二元或多元共聚物，研究合成適應(yīng)于不同醫(yī)療或其它用途的、具有優(yōu)良生物相容性的PLA共聚物高分[21]子材料。

可以預(yù)見，隨著生物可降解材料用途的不斷擴(kuò)展及更多此類產(chǎn)品商品化，有關(guān)的研究工作和生產(chǎn)都可以得到進(jìn)一步發(fā)展。前面提到的一些薄弱環(huán)節(jié)可望逐步克服，推廣應(yīng)用于生產(chǎn)的品種也會(huì)越來越多。因此，PLA及其共聚物在各方面的應(yīng)用正面臨良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 盛敏剛,張金花,李延紅.環(huán)境友好新型聚乳酸復(fù)合材料的研究及應(yīng)用[J].資源開發(fā)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(huán)境科學(xué)進(jìn)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(xué)學(xué)報(bào)(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(fā)展現(xiàn)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(nèi)酯的研究與應(yīng)用前景，科技產(chǎn)業(yè)，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(shí)維振.聚合方法和擴(kuò)鏈劑對(duì)乳酸聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的影響[J].石油化工,2001,30(2):103-105 [9] 耿琴玉,胡學(xué)梅.聚乳酸纖維的性能特征及其產(chǎn)品開發(fā)[J].棉紡織技術(shù),2004(4):62-64.[10] 張國棟,楊紀(jì)元,瑪?shù)滦?聚乳酸的研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展,2000,12(1):89-91.[11] 國內(nèi)外超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展[EB/OL]2007.11.30.http://004km.cn [13] 樂秀娜,于俊榮.超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維及其應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用,2003,28(3):23-27.[14] 雷燕湘.聚乳酸技術(shù)與市場現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].當(dāng)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(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)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(yè)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(yī)學(xué)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(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]生物骨科材料與臨床研究，2005, 08, 2(4):45-48.