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第 "# 卷!第 $ 期

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中国材料进展'()*+,(-. /0,1(

2345"#!135$

(675%#&&

收稿日期! %#&& 8#9 8%$

基金项目! 国家杰出青年基金!<#<%<"#>#$ 国家自然科学基金

!<#<#9#%%#$ 国家 $:"!%##%(("%%#"##和国家支撑计

划项目!%##;?(*9%?#<#

通信作者! 王玉忠" 男" &>:& 年生" 教授" 博士生导师

一种新型可循环利用的生物降解

高分子材料 \\ I

杨科珂! 王玉忠!四川大学化学学院 环保型高分子材料国家地方联合工程实验室" 四川 成都 :&##:9#

摘!要! 聚对二氧环己酮!\\I#是一种具有良好生物降解性和生物相容性的脂肪族聚酯醚" 其独特的醚酯结构又赋予了材

料高强度和良好的柔韧性" 是一种理想的生物医用材料( 综述了近年来针对 \\I单体合成' 开环聚合' \\I结构与性能"

纳米复合' 淀粉共聚等方面的相关研究成果( 随着单体对二氧环己酮!\ I#合成技术的突破而导致成本的大幅度下降' \ I

开环聚合可控性的实现以及\\I纳米复合材料的原位合成对性能的有效改善" 必将推进该聚合物在一次性使用塑料领域的

广泛应用(

关键词! 聚对二氧环己酮$ 生物降解$ 回收$ 纳米复合材料

中图分类号! ) %%!!文献标识码! (!!文章编号! &:;9 8">:%"%#&&##$ 8##%< 8&#

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\34P!8ATB3fJC3CD# !\\I#" J[BCT 3QJ4BWLJEBSW34P!DREDFADELDF# YBEL 733T ZB3TD7FJTJZB4BEP" ZB3S3VWJEBA

ZB4EPJCT ZB3JZR3FZJZB4BEP" LJRZDDC R6SSDRRQ644P6RDT JRZB3VJEDFBJ4RX,ERDfSD44DCEVDSLJCBSJ4WDFQ3FVJCSDJCT 6CBc6D

FDSPS4JZB4BEPVJ[DBEJWF3VBRBC7SJCTBTJEDQ3FFDW4JSBC7ELDDfBREBC7TBRW3RJZ4DW4JREBSWF3T6SERX.PCELDRBR" SFPREJ44BCD

REF6SE6FDRJCT WF3WDFEBDR3Q\\I" DRWDSBJ44PELDSFPREJ44BKJEB3C ZDLJUB3F" ELDFVJ4REJZB4BEPJCT TD7FJTJEB3C" FLD3437BSJ4

ZDLJUB3FJCT VDSLJCBSJ4WF3WDFEBDR3Q\\I" JFDFDUBDYDTX\\I_S4JPCJC3S3VW3RBEDRJCT \\I_REJFSL Z4DCTRJFDJ4R3

TBRS6RRDTX

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W34P!8ATB3fJC3CD#$ ZB3TD7FJTJZ4D$ FDSPS4JZ4D$ CJC3S3VW3RBEDR

!

!前!言

聚对二氧环己酮!\34P!7AB3fJC3CD#" \\I#是一

种脂肪族聚酯 8醚" 与聚乳酸 !\-(#' 聚乙醇酸

!\H(#' 聚己内酯!\/-#等类似" 其分子主链中含有酯

键" 赋予了聚合物优异的生物降解性' 生物相容性和生

物可吸收性$ 此外" 由于其分子主链中还含有独特的醚

键" 又使得该聚合物在具有良好的强度的同时还具有优

异的韧性" 是一种理想的医用生物降解材料*& 8"+

( 早在

上个世纪 ;# 年代" \\I就被美国 *ELBS3C 公司成功用

于制备可降解手术缝合线" 商品名为 \ .

*&+

( 与以 \H(

为原料生产的手术缝合线 Df3C 以及由乙交酯_丙交酯

共聚物!\-H(#为原料生产的手术缝合线 2BSFP4相比"

\ .因其优异的韧性具有可制备成单丝缝合线的优势"

而且其在降解过程中" 具有抗张强度和打结强度保留率

高的特点( 除了在手术缝合线中的成功应用以外" \\A

I还被应用于骨科固定材料' 组织修复材料' 细胞支

架和药物载体等*&+

( 另一方面" 与现有已商业化的在环

境材料领域应用的一些脂肪族聚酯相比" \\I具有优

异的综合性能!见表 &#(

由于\\I的单体合成技术获得突破*9+

" 可利用廉

价的二甘醇为原料环化脱氢一步合成单体对二氧环己酮

!\I#" 因此" \\I的成本可望低于现有的各种生物

降解脂肪族聚酯( 不仅如此" \\I还具有突出的单体

回收性*< 8;+

" 在 &<# b%<# k温度范围内减压条件下" 可

发生解拉链式的解聚反应" 最终得到单体 \I" 并且"

在适合条件下单体回收率高达 >>5"a

*:+

" 回收的单体又

中国材料进展 第 "# 卷

可以用于合成\\I( 因此" \\I非常适合于生产一次

性使用的塑料制品" 当完成其使用功能废弃后" 收集的

废弃物可以回收单体" 然后用回收的单体聚合成新\\I

材料" 实现反复利用$ 对于不宜回收的应用领域" \\I

又可以生物降解" 对环境不产生污染( 可见" \\I是

一种真正的低碳环保产品( 然而" 这样一种具有优异综

合性能的生物降解材料" 并未像\-(和聚丁二酸丁二醇

酯!\?.#等脂肪族聚酯那样在通用材料领域得到广泛的

应用( 造成这种局面的主要原因是" 过去 \ I单体的

成本很高" 致使\\I的成本远高于上述材料" 不具备

在生物医用材料等高附加价值以外的通用材料领域使用

的成本优势" 市场难以接受( 随着 \ I单体成本的大

幅度降低" 人们对\\I越来越关注( 本文将对近年来

\\I在非医用领域的研究进展进行简要的综述(

表 &!不同生物降解脂肪族聚酯性能的比较

.&"/)&!9,5:&%1#,3,2:)%2,%5&3')# ,2-122)%)3$"1,-)7%&-&"/)&/1:0&$1' :,/*)#$)%#

'D4EBC7EDVWDFJE6FD

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)DCRB4DREFDC7EL

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*43C7JEB3C JEZFDJ[

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0DJETDQ4DSEB3C

EDVWDFJE6FD_k

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\\I b&&# "< b:# %## b:## $# b># _

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\?. b&%# b9# b9## b$# % b"

\0?2 &%# b&;# &# b"# < b&# b&&# " b<

"

!

3345

的合成

\\I是由单体对二氧环己酮! \ I#开环聚合而

得( 要获得高分子量的 \\I" 首先必须具有高纯度的

单体( 然而" \ I在过去很长一个时期还不是一种通用

易得的商业化产品( 早在 %# 世纪 ;# 年代" 美国的

3TTB等人*$+就采用乙二醇' 金属钠和氯乙酸等经过一

系列化学反应和分离操作" 制备处高纯度的 \ I( 然

而" 由于这种方法步骤繁多' 操作复杂" 使得单体 \ I

的成本远高于聚乳酸' 聚丁二酸丁二醇酯等脂肪族聚酯

的单体成本( 近年来" 我们对 \ I的合成进行了大量

的研究" 以价格低廉的一缩乙二醇为原料" 通过采用研

制成功的一种高效和高选择性催化脱氢成环催化剂" 一

步合成 \ I单体!见图 &#" 产率和纯度最高均可到达

>>a" 并且催化剂寿命超过 &$# T" 从而使 \ I的成本

大幅度降低" 为合成低成本的\\I奠定了基础(

图 &!由缩乙二醇一步合成 \ I路线图

@B75&!.SLDVD3Q3CDAREDW RPCELDEBSF36ED3Q\IQF3VTBDELP4DCD74PS34

为了获得高分子量的 \\I" 可通过两种合成途径

实现" 即直接开环聚合的一步合成法和先预聚后扩链的

两步合成法( 报道最多的方法时是采用高纯度 \ I在

高效催化剂的作用下通过开环聚合的一步法!见图 %#(

由于\\I难以溶于常用的有机溶剂" 因此聚合反

应通常采用本体聚合方式( \ I的开环聚合是一个平衡

反应" 而且具有较低的上限温度!%"< k#

*>+

" 因此" 导

图 %!开环聚合 \ I线路图

@B75%!.LDVD3QFBC7A3WDCBC7W34PVDFBKJEB3C 3Q\I

致该反应很难得到高的单体转化率( 在开环聚合中起决

定作用的是催化_引发体系的选择" 这将影响到聚合反

应的机理' 反应动力学以及聚合物的分子量及分子量分

布等( 目前已报道 \ I开环聚合的催化_引发体系主要

涉及到有机锡类" 如辛酸亚锡' 草酸亚锡' 二丁基氧化

锡等#

*&# 8&9+

$ 有机铝类" 如异丙醇铝!(4!I

%

\F#

"

#

*&<+

'

三乙基铝8乙酰丙酮金属配合物8水复合催化体系' 三

乙基铝 8水 8磷酸复合催化体系*&: 8&;+和 (4!I

%

\F#

"

A单

糖复合催化_引发体系*&$+

#$ 有机稀土类" 如异丙醇镧

!-J!I

%

\F#

"

#

*&>+和三 !%" :A二叔丁基A9A甲基苯氧基#

镧*%#+

$ 有机锌类" 如二乙基锌*$+ 和乳酸锌 =C !=CA

-JS

%

#

*%&+

$ 有机钛类" 如二氯二异丙氧基钛 !)B/4

%

!I

%

\F#

%

#' 一氯三异丙氧基钛!)B/4!I

%

\F#

"

#' 四异丙

氧基钛!)B!I

%

\F#

9

#等*%%+和酶催化体系*%" 8%9+

( 此外"

我们还尝试了利用微波辅助聚合" 这样可大幅提高 \ I

开环聚合反应效率*%< 8%;+

(

由于采用 \ I一步开环聚合得到高分子量\\I的

合成方法" 反应条件苛刻" 对单体和催化_引发体系的

要求都很高" 不利于规模化生产( 因此近年来" 我们开

展了如何降低聚合难度和提高分子量的研究( 采用扩链

法来获得高分子量的 \\I被证明是一种有效的手段(

传统的扩链方法*%$+是直接在低分子量的 \\I预聚物

中加入扩链剂如二异氰酸酯" 但这种方法得到的 \\I

:%

!第 $ 期 杨科珂等) 一种新型可循环利用的生物降解高分子材料\\I

的分子量的增长幅度并不大" 因此我们采用双羟基预聚

物扩链法获得了理想的扩链效果*%> 8"%+

( 在最佳反应条

件和配比下" \\I扩链产物的分子量可提高 %# 倍以

上" 分子量可达到 %5< l&#

<

7/V34

8&

( 尽管该合成方法

分两步进行" 但是总的反应时间大大缩短" 且聚合难度

降低" 有助于降低聚合物的生产成本(

&

!

3345

的结构与性能

&

5

!

!

3345

的结晶结构与结晶行为

\\I是一种半结晶性的聚合物" 其玻璃化温度

!A

7

#在8&# k左右" 熔点!A

V

#在 &&# k左右( 对\\I

结晶行为的了解" 将有利于更好的指导材料的加工和使

用*"" 89"+

( .JZBC3等人*"" 8"<+采用差热扫描量热仪! ./#

和偏光显微镜!\I'#等手段详细研究了 \\I的结晶'

自成核行为及结晶形态" 确定了 \\I的平衡熔点为

&%; k( 他们还详细研究了不同分子量 \\I在不同温

度下等温结晶形成的球晶形态的变化情况!图 "#(

(CTND4BS研究小组*":+和我们课题组*"; 8"$+对\\I的

结晶动力学进行了系统的研究( d3FTB\6B77J4B等人*">+研

究了不同结晶条件下\\I在溶液中形成的单晶的形态

及结构!图 9#( 0BTD[BgJVJCD等人*9#+采用G+ 和)*'

等手段研究 \\I的晶体结构并确定了相关的晶胞参

数( \\I晶体结构属于由 \%&%&%& 空间群形成的正交

晶系" 其晶胞参数具体为 + p#5>;# CV" Dp#5;9% CV"

图 "!不同分子量\\I在不同温度下等温结晶形成的球晶的偏光显微照片

@B75"!\34JFBKDT 3WEBSJ4VBSF37FJWLRQ3FBR3ELDFVJ44PSFPREJ44BKDT \\IRJVW4DR3QELDTBQQDFDCEJUDFJ7DV34DS64JFYDB7LERJEUJFB36REDVWDFJE6FD

4p#5:$% CV( (Z6KJBCJ等人*9&+研究了 \\I在低剪切

作用下的结晶行为" 研究表明" 剪切对球晶生成速率没

有影响" 但是极大地提高了成核速率( 采用扩链法制备

的\\I" 其结晶速率受到扩链剂用量的影响" 扩链剂

引入到聚合物中的比例越大" \\I链的规整性越差"

结晶速率和结晶度都大幅降低*"#+

(

;%

中国材料进展 第 "# 卷

图 9!加 9 倍体积丁醇于稀甲酸溶液!& V7_V-#" 在 9# k!J#

和 <# k! Z#所获得的多层状 \\I晶体的 )*'照片)

!J#呈螺旋生长的菱形薄片和显著的辉纹" 可以看到二

次螺旋生长的晶体" ! Z#不是螺旋位错丛生的不规则

晶体

@B759!*4DSEF3C VBSF37FJWLR3QW34P!8ATB3fJC3CD# 4JVD44JFSFPREJ4R

3ZEJBCDT ZPJTTBC7Q36FU346VDR3QZ6EJC34E3JTB46EDQ3FVBS

JSBT R346EB3C !&V7_V-# JE9# k!J# JCT <# k!Z#) !J#

-3KDC7D4JVD44JYBEL RWBFJ47F3YELRJCT C3EBSDJZ4DREFBJEB3C"

JRDS3CT RWBFJ47F3YEL SFPREJ4SJC J4R3ZDRDDC JCT !Z# ,FFD76A

4JFSFPREJ4YBEL TBQQDFDCERSFDYTBR43SJEB3C 3UDF7F3YELR!13ED

ELJEELDRVJ44SFPREJ4REDCT E3TBRW4JPJRc6JFDV3FWL3437P#

&

5

"

!

3345

的热稳定性

\\I的一个重要缺陷是该聚合物的热稳定性较差"

这直接影响到该聚合物的热成型加工和使用" 这主要是

由于该聚合物具有较低的上限温度( 1BRLBTJ等人*: 8;+且

对\\I的热降解机理进行了研究" 表明其裂解主要为

零级解拉链式解聚反应" 在 &<# b%<# k温度范围内减

压条件下" 可直接裂解成单体 \ I( 研究还表明*%&"99+

"

\\I在惰性气体氛围下的热稳定性" 高于有氧氛围下

的热稳定性" 其热稳定性与其分子量和所处的环境有

关" 提高分子量有利于提高其热稳定性" 通常在 %## k

左右开始分解" 最大分解速率温度为 "%# k左右( 我们

和其他研究者曾尝试采用多种方法来提高 \\I的热稳

定性" 如) 采用二异氰酸酯' 酸酐' 或少量己内酯单体

等作为封端剂或扩链剂与双端羟基 \\I反应" 通过阻

断\\I受热的解拉链式解聚来提高其热稳定性*%>"9<+

$

添加有机金属螯合剂如 ?'\来阻止由于聚合物中残留

引发剂对热降解的催化" 同样可以起到提高 \\I热稳

定性的作用*9:+

$ 引入层状纳米粒子" 通过其分散在基

体中片层对热传递及分解物质的阻隔作用" 可大幅提高

\\I的热稳定性*9;+

(

&

5

&

!

3345

的流变性' 成形加工性及力学性能

针对\\I流变性能的研究并不多*9$ 89>+

" 与其它脂

肪族聚酯类似" \\I的熔体强度较低" 并且熔体表观

粘度对温度十分敏感" 加工窗口窄( 这些特点使得其加

工性能较差" 难以通过吹塑成型" 因此也限制了其应用(

研究发现" 采用二异氰酸酯扩链法制备的\\I

*"#+

" 或

采用原位聚合法*9;"<#+以及扩链法*<&+制备的 \\I_'')

纳米复合材料" 熔体强度大幅提高" \\I_'')纳米

复合材料通过吹塑成型" 可得到力学性能优异的薄膜(

\\I分子主链中的醚键赋予其优良的韧性" 当聚合物

的分子量达到一定程度以后" 拉伸强度可达到 <#'\J"

断裂伸长率可达到 <##a 8:##a

*%+

( 扩链法制备的

\\I具有更好的力学性能表现*"#+

( \\I经过拉伸取

向制成手术缝合线 \ .后" 其强度进一步提升" 但断裂

伸长率随之降低" 直径为 #5" VV的 \ ." 其拉伸强度

高达 "<$ '\J" 断裂伸长率为 9"5;a

*<%+

(

&

5

'

!

3345

的生物降解性

\\I分子主链中的酯键" 决定了聚合物在有水存

在的条件下的主要降解方式是水解( \\I分子链中的

醚键在赋予其优异韧性的同时" 也是促进其水解降解的

关键因素( .JZBC3等人*<"+研究了在 "; k条件下" \\I

在磷酸缓冲溶液中的水解情况" 研究表明" \\I在水

解过程中" 由于酯键断裂产生羧基" 体系 W0值降低"

进一步加速\\I的水解进程( 研究还证明了 \\I的

水解降解的第 & 阶段是从无定形区开始" 晶区的降解可

被视为第 % 阶段( 郭敏杰等人*<9+也对\\I手术缝合线

的体外降解进行的研究( ,V和 03C7等人*<< 8<:+研究了

\ .的体内降解情况" 结果表明" 其具有良好的生物降

解性和生物相容性(

\\I在自然环境中的生物降解性目前也被证实(

1BRLBTJ等人*<; 8<$+详细研究了 \\I在自然环境下的降

解情况" 发现了许多种能使 \\I降解的微生物" 并且

这些微生物广泛分布于自然界中( 他们还成功分离出

&% 种能使\\I降解的菌种" 然后在纯培养条件下对其

降解行为进行研究" 发现某些菌种可以使高分子量的

\\I迅速降解和溶解( 在此研究基础上" 他们还成功

分离出 &< 种以\\I水解产物为碳源进行利用的菌种"

$%

!第 $ 期 杨科珂等) 一种新型可循环利用的生物降解高分子材料\\I

这些菌种同样广泛分布于自然界中( 将前面提到的能迅

速将\\I降解的菌种与这些利用 \\I水解产物的菌

种进行混合培养后" 发现高分子量的 \\I成功地被降

解和利用( 该研究结果为 \\I更广泛应用于各种环保

产品奠定了基础( 我们采用微生物水性培养液降解实验

方法" 对\\I和 \\I_I'')纳米复合材料的生物降

解性能进行了研究" 结果表明" 随着 I'')含量的增

加" 纳米复合材料的降解速率提高*<>+

( MB44BJVR等人还

研究在酶和!

射线辐照下" \\I强度和形态的变化

情况*:#+

(

'

!

3345

纳米复合材料

尽管\\I是一种综合性能较好的可生物降解聚酯

聚醚" 但是其均聚物存在结晶速度慢' 熔体强度低等缺

点" 限制了其成形加工方式和应用范围( 因此" 我们进

!!

行了大量的改性和高性能化的研究" 其中采用无机纳米

粒子对\\I进行复合改性是一种行之有效的方法(

由于无机纳米粒子具有纳米尺寸效应' 巨大的比表

面积和强的界面作用" 较低的添加量就能起到明显的改

性作用( 天然粘土具有高强度' 高长径比' 易解离' 资

源丰富及廉价等特点" 将其引入到聚合物基体中" 可赋

予材料优异的力学性能' 阻隔性能' 良好的热性能' 尺

寸稳定性等" 因而受到广泛关注( 我们制备了具有不同

结构' 形状及纳米尺度的粘土与 \\I的纳米复合材

料*9;"<# 8<&":& 8:"+

" 并详细研究了这种纳米复合材料结构

与性能的关系" 其中包括具有层状结构的蒙脱土

!'')#' 蛭石!2')#' 锂皂石!-(\#' 累托石!+*/#

!图 <#" 和纤维状结构的海泡石!.*\#' 凹凸棒!()#和

管状结构的埃洛石!01)#以及具有生物活性的羟基磷

灰石(

图 <!\\I_粘土纳米复合材料的 .*'照片) !J#\\I_"a '')" !Z#\\I_"a 2')" !S#\\I_"a -(\"

!T# \\I_"a +*/!亮区是有机粘土层的横截面" 暗区是基体#

@B75<!.*'BVJ7DR3Q\\I_S4JBDRCJC3AS3W3RBED) !J# \\I_"a'')" !Z# \\I_"a2')" !S# \\I_"a-(\" JCT

!T# \\I_"a+*/!)LDZFB7LEDCEBEBDRJFDELDSF3RRRDSEB3C 3Q3F7JC3S4JP4JPDFR" JCT ELDTJF[ JFDJRJFDELDVJEFBSDR#

!!具有层状结构的\\I_粘土纳米复合材料中最典型

的是\\I_'')纳米复合材料( 研究结果表明" '')

对\\I的增强和增韧效果最为明显" 如添加 &a!质量

分数#的 '')AI0" 材料的拉伸强度可由 "<5: '\J提

高到 9$5& '\J" 断裂伸长率可由 %&% a提高到 :#$a

!表 %#( 不仅如此" 在聚合过程中" '')的加入还加

快了 \ I单体的聚合速率" 反应 #5< L" \\I的粘均

分子量可以达到 959> l&#

9

7_V34

*9;+

( 与蒙脱土相比"

膨胀蛭石具有更大的阳离子离子交换容量!/*/#和更小

层间作用力( 在原位聚合法制备的\\I_蛭石纳米复合

材料中" 蛭石主要以剥离的粘土片层分散在 \\I基体

中*:%+

( 剥离的蛭石片层在 \\I的结晶过程中不能起

到成核剂的作用" 但是它可以作为球晶生长的模板$ 纳

米复合材料的球晶生长速度随着蛭石含量的增加而加

快( 此外" 分散在 \\I基体中的蛭石片层" 会阻碍

\\I热分解产物的挥发" 使得 \\I的热分解延迟"

纳米复合材料的热稳定性提高(

表 %!蒙脱土对 \\I力学性能的影响

.&"/)%!<22)'$,25,3$5,%1//,31$),35)'0&31'&/

:%,:)%$1)# ,2==>?

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\\I_"a'')AI0 &5&# 99$ <:5&

\\I_<a'')AI0 &5#9 <;# <;5%

!!与层状硅酸盐相比" 层状双氢氧化物!- 0#具有易

于调节的物理化学性质" 因此它被认为是制备聚合物_

>%

中国材料进展 第 "# 卷

层状化合物纳米复合材料的一种理想二维层状无机组

分( =6ZBE6F等*:9 8:<+通过熔融共混法制备了 \\I_-0

纳米复合材料" 考察了有机改性剂对纳米复合材料的结

构及热性能的影响( 在\\I基体中" 有机改性的 - 0

较未改性的 - 0具有更高的剥离度" 其中只有 9A羟基

苯磺酸钠改性的 - 0在 \\I基体中主要呈剥离分散(

与\\I均聚物相比" 插层型的 \\I_十二烷基苯磺酸

钠改性 - 0纳米复合材料热分解的 <#a热失重温度下

降了 %; k" 而剥离型的 \\I_9A羟基苯磺酸钠改性

- 0纳米复合材料的 <#a热失重温度升高了 < k(

纤维状粘土海泡石具有大的比表面积' 纤维状形

貌' 高密度的表面硅羟基及良好的分散性( 在原位聚合

法制备的\\I_海泡石纳米复合材料中" 海泡石以纤维

状纳米单晶的形式均匀分散在 \\I基体中" 且与 \\A

I具有良好的界面相容性*:"+

!图 :#( 海泡石表面的硅

羟基可以引发 \ I的开环聚合" 将部分\\I聚合物链

接枝到海泡石纳米纤维表面" 这也是纳米复合材料熔体

强度得到提高的一个重要原因( 研究还发现" 粘土表面

图 :!\\I_海泡石纤维纳米复合材料的 .*'照片) !J#\\I_&aI.*\" ! Z#\\I_"aI.*\" !S# \\I_<aI.*\

!亮区是I.*\纳米纤维的横截面" 暗区是 \\I基体#

@B75:!.*'BVJ7DR) !J# \\I_&aI.*\" !Z# \\I_"aI.*\" JCT !S# \\I_<aI.*\!)LDZFB7LEDCEBEBDRJFDELDSF3RR

RDSEB3C 3QI.*\CJC3QBZDFR" JCT ELDTJF[ JFDJRJFD\\IVJEFBSDR#

性质的不同" 对纳米复合材料的结构和性能也将产生显

著的影响( 与表面具有高密度硅羟基的纤维状粘土凹凸

棒相比" 具有表面化学惰性的埃洛石纳米纤维之间的相

互作用力较弱( 在采用原位聚合法制备的\\I_埃洛石

纳米复合材料中" 高含量!&#a质量#的埃洛石纳米纤

维" 仍能在 \\I基体中获得均匀分散*:"+

( 与凹凸棒

相比" 埃洛石能更有效的提高 \\I的结晶速度( 在

\\I_凹凸棒纳米复合材料中" 凹凸棒纳米纤维与 \\A

I基体具有强的界面相互作用( 因此" 与 \\I基体

具有强的相互作用的凹凸棒纳米纤维的加入" 提高了纳

米复合材料的黏度( 然而" 由于埃洛石纳米纤维与 \\A

I基体的相互作用较弱" 因此" 高含量的埃洛石的加

入" 会使得纳米复合材料的黏度下降!图 ;#(

g33C等*::+通过 \ I单体的表面引发开环聚合" 成

功制备了\\I_单壁碳纳米管复合材料( 单壁碳纳米管

的引入使得\\I的性能发生了显著变化( 与 \\I均

聚物相比" \\I_单壁碳纳米管复合材料的 &#a热失重

温度提高了 %# k( 此外" 从升温至 &%< k的复合材料

的 ./曲线上观察不到任何转变峰" 而\\I均聚物的

玻璃化转变温度为 8&"59 k' 熔点为 &#" k" 作者推

断 \\I性能的变化" 是由于短的单壁碳纳米管与

\\I之间具有强的相互作用限制了 \\I分子链的

运动( !!

图 ;!纯\\I及其纳米复合材料在 &"# k下的储能模量!J#和

复数黏度!Z#与角频率的关系

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共聚物

为了进一步降低 \\I的成本和提高生物降解性"

我们将成本低廉' 来源丰富的淀粉与 \\I相结合" 制

备了淀粉_\\I共聚共混体系" 并取得了良好的效

果*:; 8;#+

( 首先合成淀粉接枝 \\I共聚物" 然后以此

为相容剂" 制备淀粉_\\I共混材料( 将共混体系按照

(.)' <""$!在模拟城市的废物堆环境下测定塑料好氧

型生物降解的标准法#标准进行生物降解试验( 在整个

测试过程中" 容器的通气率应保持恒定" 测定容器的周

围环境是变化的) 先在 9# k下保持 " 天" 在升温至

<< k" 保持 " 天" 继续升温至 :# k" 保持 : 天" 接着

降温到 << k" 保持 $ 天" 最后在 9# k恒温下保持 <

天( 每隔 " 天取一次样" 用蒸馏水冲洗干净" :# k真

空干燥至恒重" 测其重量的变化*;&+

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由表 " 可以看出" 随着淀粉含量的增加" 生物降解

性得到改善" 在 %& 天后" 材料降解到无法取样称重了(

表 "!\\I_淀粉弯管根据(.)' <""$ 的生物降解率";_a#

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!!此外" 我们还对淀粉分子链上的羟基进行乙酰化改

性" 削弱了淀粉分子内与分子间的强相互作用" 改善了

淀粉的在单体 \ I中的溶解性" 使得淀粉可以直接溶

于 \ I单体形成均相反应体系" 再在催化剂辛酸亚锡

的作用下" \ I开环聚合制备得到了淀粉醋酸酯A7A\\A

I!.(A7A\\I#接枝共聚物( 同时还采用原位插层复

合法制备了 .(A7A\\I_'')#纳米复合材料( 该材料具

有非常优异的力学性能" 当蒙脱土的添加量为 <a!质

量分数#时" 纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率可

以达到 <% '\J和 :&% a(

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!结!语

\\I作为一种具有良好的生物降解性' 生物相容

性和生物可吸收性的高聚物" 已成功应用于制备可吸收

手术缝合线" 在骨科固定材料' 组织工程及药物缓释材

料等领域也具有非常广泛的应用前景( 近年来" 针对

\\I的功能化和智能化的研究也取得了重要进

展*;% 8;<+

" 进一步拓宽了 \\I的应用范围( 更重要的

是" 由于\\I具有优良的综合性能' 可循环利用特性

和生物降解性" 特别是随着 \ I的批量生产和成本的

大幅度降低" \\I高分子材料可望成为最具有成本竞

争优势的合成生物降解高分子材料" 并且有望成为现有

使用周期较短的一次性使用塑料制品的替代品" 具有广

阔的市场应用前景(

参考文献!

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第一届中国 8新加坡青年材料科学家论坛在京举行

由中国材料研究学会主办" 北京大学和新加坡南洋理工大学承办的%第一届中国8新加坡青年材料科学家论坛&

在北京国家会议中心隆重举行( 本论坛由分会主席新加坡南洋理工大学张华博士和北京大学彭海琳博士负责召集组

织( 作为%纳米材料分会&的姊妹分会" 论坛的主题是%新型纳米材料的制备方法' 性能及应用研究&" 共邀请了来

自新加坡南洋理工大学' 新加坡国立大学' 北京大学' 复旦大学' 苏州大学' 中科院物理所' 中科院金属研究所'

中科院苏州纳米所' 国家纳米科学中心等的 "" 位杰出青年材料学家参会并做邀请报告( 本次论坛旨在进一步巩固

和加深中国8新加坡华人科学家的传统友谊" 加强中国8新加坡青年材料学家的学术交流和合作" 共同进步(

开幕式由北京大学彭海琳博士主持" 中国材料研究学会副理事长徐坚教授和新加坡材料研究学会副会长 \F3Q5

'(dJC分别致辞( 他们对现阶段中新双方青年科学家取得的学术成果给予了充分肯定" 并进一步提出对青年科学

家的希望" 勉励他们做出更大的贡献(

在为期 % 天的论坛中" 中新双方的青年科学家们向大家多方位的介绍了他们的最新研究成果和发展趋势" 成果

涉及诸多领域" 包括新型多功能纳米材料的合成' 表征和器件制备" 纳米材料的电学' 磁性' 光学性质以及生物应

用和前景展望( 明星材料石墨烯仍然是本次论坛的重头戏" 中方青年科学家从不同角度介绍了石墨烯与少层拓扑绝

缘体等二维原子晶体材料在物理' 化学' 器件及应用等方面的最新进展和发展趋势( 大家普遍认为高质量材料的可

控制备还是当前首要解决的关键点" 是决定石墨烯和拓扑绝缘体能否走向应用的基础( 侯仰龙' 姜江' 刘小光' 陈

虹宇' 黄岭等人阐述了功能性纳米粒子的控制合成' 组装及其潜在应用探索研究( 郑耿锋' 范红金' 熊启华' 吴

韬' 张其春等人介绍了各自课题组在纳米线方向上研究进展和发展趋势( 郭雪峰和陈晓东探讨了分子电子学器件的

加工和测量( 曹安源' 霍峰蔚" 王欣' 颜清宇' 杨艳辉' 陈伟' 李树周等人围绕着纳米结构加工和器件应用做了精

彩报告" 介绍了各自在该领域的突破性进展( 杨延莲' 丁宝全' 刘庄等人介绍了他们近期在纳米生物学方面取得的

重要成果(

在论坛结束的时候" 分会主席张华和彭海琳博士指出" 本次论坛的成功举办得到了中国材料研究学会' 新加坡

材料研究学会' 北京大学化学院和新加坡南洋理工大学的大力支持" 也与双方的邀请报告人的积极响应和通力配合

是分不开的" 经过 % 天的交流" 基本上达到了论坛的目标( 希望这样的论坛继续办下去" 为世界华人学术思想的交

流和地位的提高做出贡献(

$彭海琳供稿&

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