第11章绿色高分子材料.ppt

* * 第十一章 绿色高分子材料 从材料的发展史看，人类经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代，目前已经处于高分子材料的时代。 高分子材料给我们带来好处的同时，也对人类生存的环境产生了一定的负面影响。 因此，在绿色大潮中，各种绿色高分子材料也不期而至。更重要的是，其中蕴涵的绿色理念，也指引着我们对高分子材料的绿色应用。 第十一章 绿色高分子材料 第一节 可降解高分子材料的利用 第二节 高分子材料合成的绿色化 第三节 隐患性高分子的安全应用 第一节 可降解高分子材料的利用 广义有三类： 生物降解高分子材料（狭义、最基本、主要） 天然的生物降解高分子材料 合成的生物降解高分子材料 光降解高分子材料 混合降解高分子材料 第一节 可降解高分子材料的利用 种类：淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸、海藻酸等。其中，淀粉、纤维素、甲壳素等为多糖聚合物（如前面涉及的Lyocell纤维、棉纤维、甲壳素纤维等）。 优点：可再生、毒性小（还没有数据表明多糖聚合物会对人体健康和环境产生严重的和持久的毒性危害，使用多糖聚合物的潜在事故危险是可以忽略的） 、可降解。 不足：应用领域有限，一方面需要对它们进行化学改性和加工，另一方面还不得不开发人工合成的生物降解高分子。 一、天然的生物降解高分子材料 第一节 可降解高分子材料的利用 人工合成的生物降解高分子通常为聚酯类或聚酰胺类，因为其中含有酯键或酰胺键，易于被水解和微生物降解。 （一）发展史（上） 聚乳酸等生物降解高分子的研究和开发，可追溯到20世纪二三十年代。1928年，年仅32岁的卡罗瑟斯博士受聘于当时美国最大的工业公司——杜邦公司成立才两年的基础化学研究所的有机化学部任负责人，进行有机化学部的基础研究。 寻找合成纤维材料——1930年可抽丝的脂肪族聚酯——分子量低、易水解等缺点——最终放弃——今天可降解聚酯的优点：存在酯键的脂肪族高分子材料最易于生物降解。 二、合成的生物降解高分子 第一节 可降解高分子材料的利用 （一）发展史（中） 就在卡罗瑟斯放弃了聚酯的研究以后，英国的温费尔德在吸取卡罗瑟斯上述研究成果的基础上，改用芳香族羧酸（对苯二甲酸）与二元醇进行缩聚反应，1940年成功地合成了第一种聚酯纤维——涤纶（PET），为服装材料带来了一场革命。 二、合成的生物降解高分子 但是，曾经风靡一时、目前仍大量使用的涤纶，因其中的苯环在自然界中很难降解而面临淘汰——赶走不再喜欢的“宠物（PET）”——聚酯类本身存在高稳定与易降解的矛盾 第一节 可降解高分子材料的利用/ 二、合成的生物降解高分子 卡罗瑟斯为了合成出高熔点聚合物，后来将注意力转到二元胺与二元羧酸的缩聚反应上，终于在1935年2月28日合成出聚酰胺-66——这导致了世界上第一种合成纤维尼龙的诞生。 （一）发展史（下） 但是，聚酯（聚乳酸）、聚酰胺合成研究的开山鼻祖——聚合物化学领域杰出化学家卡罗瑟斯，却一向精神抑郁，总认为自己作为一个科学家是一个失败者，在1936年他喜爱的孪生姐姐去世后心情更加沉重，于1937年4月29日在美国费城一家饭店的房间里饮用了掺有氰化钾（KCN）的柠檬汁而自杀身亡。 第一节 可降解高分子材料的利用/ 二、合成的生物降解高分子 目前，人们已经开发了许多人工合成的生物降解高分子，如聚乳酸、聚己内酯等脂肪族聚酯，以及聚氨基酸、聚酸酐、聚磷酸酯等。对于合成的生物降解高分子，从绿色化学的角度讲，高分子材料的合成与应用实际上就是目标产物的绿色化。 它们都对生物体无毒，无副作用，无免疫源性，具有良好的生物相容性和生物降解性，可以用作手术缝合线、人造皮肤、药物缓释载体等医用材料。 同样，聚乳酸与聚乙醇酸的共聚物（PLGA）、聚乳酸与聚氨基酸的共聚物（PLAA）也是良好的生物材料。PLGA可以用于手术缝合线、组织工程支架材料、药物缓释材料等。PLAA也在医用领域中应用于组织工程和药物缓释等。 （二）种类与用途（上） 第一节 可降解高分子材料的利用/ 二、合成的生物降解高分子 PLGA医用纤维在动物皮下组织中的降解、吸收过程 （二）种类与用途（中） 20天 30天 40天 60天 第一节 可降解高分子材料的利用/ 二、合成的生物降解高分子 又如，聚丙烯酸是一类重要的阳离子聚合物，在工业上有很多应用（第十四章）。遗憾的是，聚丙烯酸并不能被生物降解。因此，在大多数情况下，这些聚合物只能被当作废物处理。一个在经济上可行的、有效的和生物可降解的替代物是热