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1、得分：_______南京林業(yè)大學研究生課程論文2014～2015學年第2學期課程號：43348課程名稱：生物纖維復(fù)合材料制造技術(shù)論文題目：聚羥基脂肪酸酯的研究與應(yīng)用概述學科專業(yè)：木材科學與技術(shù)學號：姓名：趙華任課教師：周曉燕教授二○一四年十二月聚羥基脂肪酸酯的研究與應(yīng)用概述趙華（南京林業(yè)大學材料學院、木材科學與技術(shù)專業(yè)）摘要：本文簡述了聚羥基脂肪酸酯(ＰＨＡ)的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性能、生物降解性能及流變性能；詳述了ＰＨＡ及其改性聚合物靜電紡絲和熔融紡絲技術(shù)及性能的研究進展；闡述了PHA的生物合成及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景。Abstract
2、:Thispaperdescribesthestructure,crystallizationproperties,biodegradabilityandrheologicalpropertiesofpolyhydroxyalkanoate(PHA);detailstheelectrospinningandmeltspinningtechniquesofPHAanditsmodifiedpolymer;describesthebiosynthesisofPHAanditsapplicationanddevelopmentprospec
3、tsindifferentareas.關(guān)鍵詞：聚羥基脂肪酸酯；合成；性能；紡絲；應(yīng)用引言聚羥基脂肪酸酯(PHA)是原核微生物在碳、氮營養(yǎng)失衡的情況下,作為碳源和能源貯存而合成的一類熱塑性聚酯。作為細胞內(nèi)的碳源和能源的儲備物,由相同或不相同羥基脂肪酸單體組成。依單體組成不同PHAS具有從硬的晶體到軟的彈性體等一系列不同聚合物的性質(zhì)。主要有純菌發(fā)酵法、基因重組法和混合培養(yǎng)法3大類方法合成。它不僅具有合成塑料的物化特性,而且具有合成塑料所不具備的生物降解性、生物相容性、光學活性、壓電性以及在生物合成過程中可利用再生原料等優(yōu)異性能。目前,對于
4、ＰＨＡ的研究主要集中于二個方面:一是PHA基本性能的研究,如高聚物的力學性能、熱降解性能及其結(jié)晶性能;二是PHA及其改性聚酯纖維成形的研究,通過靜電紡絲或熔融紡絲進行纖維成形,研究初生纖維性能,為PHA纖維的工業(yè)化奠定理論基礎(chǔ)。在醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、食品包裝和電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。1PHA性能PHA為一類高度結(jié)晶的熱塑性物質(zhì)[1],通過改變化學結(jié)構(gòu),PHA具有不同應(yīng)用的熱塑性能。其物理性能主要取決于化學結(jié)構(gòu)中主鏈上側(cè)基的長度以及相鄰酯鍵之間的距離。此化學結(jié)構(gòu)使得PHA具有常規(guī)熱塑性塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的物理和熱性能,P
5、HB與全規(guī)PP具有相似的結(jié)晶和熱熔性能,其拉伸強力為40MPa、楊氏模量為3.5GPa,但是,PHB膜的延伸率低于PP,大概為6%左右。這是因為制備PHB沒有外應(yīng)力,導致成膜時有空隙。PHB雙軸向松弛膜擁有很好的韌性以及高清晰的透明度[2]。而且PHA是一種胞內(nèi)碳源和能源儲存物,自然能被許多微生物分解利用,具有生物降解性。PHA胞內(nèi)降解途徑主要是通過PHA解聚酶形成單體或二聚體;胞外降解有兩種機制,一是無菌狀態(tài)下酯鍵自動水解,二是被胞外PHA解聚酶分解[1]。影響其降解的因素包括:摩爾質(zhì)量、化學結(jié)構(gòu)、共聚物成分、結(jié)晶度、親疏平衡以及高
6、分子鏈活動性等等[2]。除主要特性生物可降解性外,PHA還具有生物相容性、光學活性、壓電性、抗潮性、低透氣性等特殊性能。1.1ＰＨＡ的結(jié)構(gòu)與人工合成的脂肪族聚酯不同,ＰＨＡ的每一結(jié)構(gòu)單元都有一個手性碳原子(Ｒ絕對構(gòu)型)ＰＨＡ的結(jié)構(gòu)通式如下:式中:ｎ———1,2,3;ｍ———聚合度;Ｒ———側(cè)鏈,表示不同的基團。當ｎ為1時,PHA的單元結(jié)構(gòu)式為3-羥基脂肪酸酯。PHA的大多數(shù)單體是鏈長3～14個碳原子的3-羥基脂肪酸,側(cè)鏈是高度可變的飽和或不飽和、直鏈或支鏈、脂肪族或芳香族的基團。目前發(fā)現(xiàn)的PHA有150多種單體結(jié)構(gòu)[5],根據(jù)單體碳原
7、子數(shù)的不同可將PHA分為3類:短鏈PHA(SCL-PHA),含4～5個碳原子的單體,如聚羥基丁酸酯(ＰＨＢ),具有硬度高塑性低的特點;中長鏈PHA(MCL-PHA,含4～16個碳原子的單體,如3-羥基己酸(3ＨＨｘ)、3-羥基辛酸(3ＨＯ)等,其粘性高,難于加工;短鏈與中長鏈共聚酯(SCL-MCLPHA),如3-羥基丁酸3-羥基戊酸共聚酯。1.2ＰＨＡ結(jié)晶性能ＰＨＡ是從生物體內(nèi)提取出來的,其純度較高,沒有殘留的催化劑或其他成分,而且它又是一種手性聚合物,所以PHA呈現(xiàn)出非常高的旋光純度。偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)有超大球晶,90℃時PHA出現(xiàn)
8、了明顯的黑十字消光圖案,球晶尺寸大且非常完整,幾乎可用肉眼觀察。在ＰＨＡ二元復(fù)合體系中S.J.Oragan[3]研究發(fā)現(xiàn)聚β-羥基丁酸戊酸酯(ＰＨＢＶ)/ＰＨＢ體系部分相容,在ＰＨＢＶ質(zhì)量分數(shù)高于60%時出現(xiàn)液-液相分離
