高分子材料展望范文
时间：2023-12-21 17:17:56
导语：如何才能写好一篇高分子材料展望，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：高分子材料；功能；研究现状；发展前景
前言
在我们的日常生活中，材料随处可见，材料的发展水平直接影响我们的生活质量。高分子材料在我们日常生活的应用中拥有很多的优势，与现代化生产非常吻合，同时它也产生了很高的经济效益等，因此它在工业上发展的十分迅速。在过去，20世纪60年展起来的功能高分子材料是属于那时的一个新兴领域，这个新兴领域同时渗透到能源和电子以及生物三大领等。而如今，21世纪的科技不断创新，也有了新型有机功能高分子材料，它们在人们的生产和生活中扮演着一个越来越重要的角色。
1 功能高分子材料的定义
功能高分子材料是指同时兼顾有两种性能的复合高分子材料，性能一：传统高分子材料的所体现出来的性能，性能二：某些特殊功能的基团所体现出来的性能。一般说来，具有传递信息、转化能量和贮存物质作用的高分子及其复合材料为功能高分子材料，或者还可以理解为具有能量转换的特性、催化特性、化学反应活性、磁性、光敏特性、药理性、导电特性、生物相容性、选择分离性等功能的高分子及其复合材料，同时还具有原有力学性能的基础。
2 功能高分子材料的工程实际应用
目前，在工程上应用较广泛而且具有重要应用价值的一些功能高分子材料主要分为以下几种：光功能高分子、液晶高分子、电功能高分子、吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、医用功能高分子、环境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具体从这几方面阐述：
（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能够产生物理变化，如光导电、光致变色或者化学变化，如光交联、光分解的高分子材料，或者在物理或化学作用下表现出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要应用在电子工业和太阳能的开发利用等方面。
（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一种新型的功能高分子材料，它是分子水平的微观复合，由纤维与树脂基体在宏观上的复合衍生而来，也可以理解为在柔性高分子基体中以接近分子水平的分散程度分散增强剂（刚性高分子链或微纤维）的复合材料。强度高、模量大是液晶高分子材料的主要特点，它在复合材料、纤维和液晶显示技术等方面的应用非常广泛。
（3）电功能高分子材料。电功能高分子材料主要表现为在特定条件下表现出各种电学性质，如热电、压电、铁电、光电、介电和导电等性质。根据其功能划分，主要包括导电高分子材料、电绝缘性高分子材料、高分子介电材料、高分子驻极体、高分子光导材料、高分子电活性材料等。同时根据其组成情况可以分成结构型电功能材料和复合电功能材料两类。电功能高分子材料在电子器件、敏感器件、静电复印和特殊用途电池生产方面有广泛应用。
（4）吸附分离高分子材料。吸附分离功能高分子按吸附机理分为化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂，按树脂形态分为无定形、球形、纤维状，按孔结构分为微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。
（5）反应型功能高分子材料。反应功能高分子是有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的一种高分子材料。它是将小分子反应活性物质通过共价键、离子键、配位键或物理吸附作用结合于高分子骨架，主要用于化学合成和化学反应。
（6）医用功能高分子材料。在生物体产生生理系统疾病时，一些特殊的功能高分子材料有对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的作用，此类特殊的功能高分子材料称为医用功能高分子材料。一般来说，医用功能高分子材料多用于对生物体进行疾病的诊断和疾病的治疗以及修复或替换生物体组织或器官和合成或再生损伤组织或器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用，在医疗方面被广泛应用。
（7）环境降解高分子材料。高分子材料在发生降解反应的条件有许多，如机械力的作用下发生的降解称为机械降解，此外在化学试剂的作用下可发生化学降解，在氧的作用下可发生氧化降解，在热的作用下可发生热降解，在光的作用下可发生光降解，在生物的作用下可发生生物降解等。具有此类功能的高分子称为环境降解高分子材料。
（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，同时也是具有特殊功能的高分子材料，一般称为分离膜或功能膜。使用功能膜分离物质具有以下突出的优点：具有较好的选择性透过性，透过产物和原产物位于膜的两侧，便于产物的收集；分离时不发生相变，同时也不耗费相变能。从功能的角度，高分子分离膜具有识别物质和分离物质的功能，此外，它还有转化物质和转化能量的其它功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。
3 功能高分子材料的发展前景
人类赖以生存和发展的物质基础离不开材料，材料的发展关系到社会发展和国民经济以及国家的安全，同时也是体现国家综合实力的重要标志。高新技术和现代工业发展的基石离不开高分子材料，国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证同样也离不开高分子材料。而功能高分子材料由于其优越性，使得其在材料行业中发展迅速。
未来材料科学与工程技术领域研究的重要发展方向离不开功能高分子材料，材料、信息和能源理所当然的被评为新科技革命时代的三大根基，信息和能源发展离不开材料领域中功能高分子材料作为它们物质基础所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究与发展主要取决于现代学科交叉程度高这一特点。在传统的三大合成材料以外，陆陆续续又出现了具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同时也出现了生物高分子材料，隐身高分子材料等许多具有特殊功能的高分子材料，与此同时功能高分子材料的发展速度依然保持着加快的状态，显然它们对新技术革命影响非常之大。这些新型的功能高分子材料在我们的尖端科学技术领域和工农业生产以及日常生活中扮演着越来越重要的角色，21世纪人类社会生活必将与功能高分子材料密切相关。
4 结束语
功能高分子材料是一门研究高分子材料变化规律以及实际应用技术的一门学科，在高分子材料科学领域中的发展速度是最快的，同时也是与其它科学领域交叉最为密切的一个研究领域。它是以高分子物理、高分子化学等相关学科为基础，同时与物理学和生物学以及医学密切联系的一门学科。因此学习这门学科能让我们很好的将高分子学科的知识综合运用起来，进而使我们对高分子学科有更深刻的认识，让我们受益匪浅。
参考文献
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篇2
关键词 高分子材料 智能高分子材料 响应速率 进展
智能高分子凝胶
高分子凝胶是指三维高分子网络与溶剂组成的体系，网络交联结构使其不溶解而保持一定的形状，因为凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使之可被溶剂溶胀而达到平衡体积。这类高分子凝胶可随环境条件的变化而产生可逆的、非连续性的体积变化。高分子凝胶的溶胀收缩循环使之可应用于化学阀、吸附分离、传感器和记忆材料等领域；循环提供的动力可用来设计“化学发动机”；网孔的可控性适用于智能药物释放体系。高分子凝胶的刺激响应性包括物理刺激（如热、光、电场磁场、力场、电子线和射线）响应性和化学刺激（如值、化学物质和生物物质）响应性。随着智能高分子材料的深入研究，发展具有多重响应功能的“杂交型”智能高分子材料已成为这一领域的重要发展方向。例如，刘锋等合成的羧基含量不同的 值敏感及温度敏感水凝胶聚（异丙基丙烯酰胺丙烯酸）及含有聚二甲基硅氧烷的聚（异丙基丙烯酰胺 丙烯酸），可使吸附在水凝胶中的木瓜酶随着生物体内环境的变化而自行完成药物的控制释放。紫外线辐射法合成的甲基丙酰胺，二甲氨基乙酯水
目前，具有化学阀功能的高分子膜应用范围还比较窄，尚依赖于新材料领域的不断发展。
形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。形状记忆过程可简单表述为：初始形状的制品―二次形变―形变固定―形变回复。其性能的优劣，可用形状回复率、形变量等指标来评价。在医疗领域， 形态记忆树脂可代替传统的石膏绷扎， 具有生物降解性的形状记忆高分子材料可用作医用组合缝合器材、 止血钳等。在航空领域， 形状记忆高分子材料被用作机翼的振动控制材料。利用高分子材料的形状记忆智能可制备出热收缩管和热收缩膜等。近几年来， 我国已先后开发出石油化工、通信光缆等领域的热收缩制品及天然气、市政工程供水及其他管道接头焊口和弯头的密封与防腐的辐射交联聚乙烯热收缩片。聚全氟乙丙烯树脂热收缩管是一种新型的热收缩材料，具有较强的机械强度，能长期在―260摄氏度至205摄氏度下使用，并保持原有聚全氟乙丙烯树脂优异的电气性、耐化学腐蚀性 。以对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸、乙二醇为原料，采用间歇聚合法可合成热收缩膜用共聚酯切片，采用双向拉伸工艺制得的新型包装膜―― ― 热收缩性双轴拉伸共聚酯膜，可用作精密电子元件及电缆包覆材料。目前，形状记忆聚氨酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯的研究开发有着诱人的发展前景。
智能织物
将聚乙二醇与各种纤维 （如棉、聚酯或聚酰胺聚氨酯）共混物结合，使其具有热适应性与可逆收缩性。所谓热适应性是赋予材料热记忆特性，温度升高时纤维吸热，温度降低时纤维放热，此热记忆特性源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋结构间的氢键相互作用。 温度升高时，氢键解离，系统趋于无序状态，线团弛豫过程吸热。当环境温度降低时，氢键使系统变为有序状态，线团被压缩而放热。这种热适应织物可用于服装和保温系统，包括体温调节和烧伤治疗的生物医学制品及农作物防冻系统等领域[4] 。
当前，分子纳米技术与计算机、检测器、微米或纳米化机器的结合，又使织物的智能化水平得到了进一步提高。自动清洁织物和自动修补的织物等更加引起人们的关注 。
智能高分子膜
高分子薄膜在智能方面研究较多的是选择性渗透、选择性吸附和分离等。高分子膜的智能化是通过膜的组成、结构和形态的变化来实现的。现在研究的智能高分子膜主要是起到“化学阀”的作用。对智能高分子膜的研究主要集中在敏感性凝胶膜、敏感性接枝膜及液晶膜方面。用高分子凝胶制成的膜能实现可逆变形，也能承受一定关的静压力。目前报道的主要有聚甲基丙烯酸聚乙二醇、聚乙烯醇聚丙烯酸共混物等。高分子接枝膜可通过表面接枝和膜孔内接枝的方法来制得，其作用机理基本相同。膜的孔径变化是建立在溶质分子与接枝于膜中的高分子链的相互作用基础之上。目前，具有化学阀功能的高分子膜应用范围还比较窄，尚依赖于新材料领域的不断发展。
智能高分子复合材料
智能高分子材料在工业、建筑、航空、医药领域的应用越来越广泛。复合材料大都用作传感器元件。新的智能复合材料具有自愈合、自应变等功能。在航空领域，美国一研究所正在研制用复合材料制成的贴在机冀上的“智能皮”，以取代起飞、转向、降落所必需的尾翼和各种襟翼。这些“智能皮”可以根据飞行员和飞机电脑的指令改变外形，起到与飞机尾翼和襟翼相同的作用。在建筑领域，利用复合材料的自诊断、自调节、自修复功能，可用于快速检测环境温度、湿度，取代温控线路和保护线路。用具有电致变色效应和光记忆效应的氧化物薄膜制备自动调光窗口材料，既可减轻空调负荷又可节约能源，在智能建筑物窗玻璃领域得到了广泛应用。
其它功能的高分子材料
高分子薄膜
高分子薄膜在智能方面研究较多的是选择性渗透、选择性吸附和分离等。如壳聚糖、丝素蛋白合金膜在不同的pH值缓冲溶液中或不同浓度的Al3 +溶液中交替溶胀、 收缩的行为具有良好的重复可逆性符合作为人工肌肉的条件；而控制异丙醇 - 水体系中添加的 Al3 +浓度 ，可以控制配合物膜的溶胀 ，进而控制膜的自由体积 ，以达到作为化学阀门控制膜的渗透蒸发通量的目的。
液晶聚合物
液晶高分子通过熔融或溶解呈液晶状态，它有经成型加工而实现优良的分子排列结构的主链型将液晶规则地配置在侧链或末端，通过电场或磁场作用而控制分子排列的侧链型，通过引入含有抑制成分的液晶化合物而具有不对称识别性能和强感应性的化学活性液晶等。
目前，我国智能高分子材料的研究与开发存在着不足，与世界先进水平相比尚有相当大的差距，影响了我国信息、航天、航空、能源、建筑材料、航海、船舶、军事等诸多部门的发展，有时甚至成为制约某些部门发展的关键因素。国外智能高分子材料正处于研究开发阶段，各发达国家都对其相当重视。因此，21世纪智能高分子材料会被更加广泛的应用，从而引导材料学的发展方向。
参考文献
[1] 贡长生，张克立. 新型功能材料[M] . 北京：化学工业出版社，2001
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【关键词】高分子材料；成型加工技术；创新
现代社会中，科学技术成为了推动经济发展，促进社会进步的重要力量，也正是由于科技是第一生产力的这一理念，各个国家的科技都达到了前所未有的发展速度。高分子技术应运而生，随着人类对高分子技术的深入了解，在应用过程中遇到的很多问题有待探讨，本文中就高分子材料成型加工技术的发展与创新进行了深入的讨论，也希望能够为我国的高分子技术贡献一份力量。
一、简述高分子材料成型加工术的发展历程
在对一项科学技术进行深入探讨之前，很有必要对其的产生、发展到应用的过程有所了解。由于新型高分子材料的发现较早，但是由于观念上的落后以及设备上的落后，导致高分子材料从发现到大规模的应用于工业流程中所耗费的时间较为漫长。近年来，随着关于高分子技术的一系列难题攻破，到更多、更加优良的高分子材料被发现，高分子技术开始进入飞速发展的时代。20世纪90年代塑料的平均增长率有了很大的提升，随之而来的塑料产量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的产量上有了大幅度的提升，在塑料的种类上，材质上，应用范围上都有了很大的优化与发展。举个例子来说，之前制造一批汽车可能需要三百吨钢铁，而现在可能只需要三百吨的塑料就能达到相同的效果，甚至更好的效果。在钢材日益减少的现在，这些高分子材料的发明给了人类在发展道路上无限种可能。在汽车行业中，由传统纯钢铁制造的汽车可能已经无法满足现代人类的需要了，而对于高分子材料制造而成的汽车，不仅在强度上不输于钢铁，在造价，环保方面更是胜于钢铁一筹。而在其他方面也会有很多改变，规模上要更小一些，周期要相对更短一些，能量的消耗要更低一些，回收率要更高一些，对空气的污染程度和对资源的消耗要更小一些。
二、创新型高分子材料成型加工技术
1.聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。目前国外已经对这一个项目进行了深入的研究，并且已经研制出了连续反应和混炼的杆螺杆挤出机，这一项研究的产生，有效地解决了双螺杆挤出问题，还有这其他类似的反应器所不具有的优点。
在这些设备的发展过程中，技术是至关重要的一个环节，在技术上必须要有所突破。指交换法聚碳酸酝（PC）连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，而在现在世界上所使用的反应加工设备上来看，大多数都是利用传统的混合、混炼技术，有些国外的企业也只是对传统的反应器进行了小范围的优化。但是根本上都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题。另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。这一项技术实现了聚合物单体或预聚物混合混炼过程中的理论的突破，有了新的理论作为指导，新型的加工反应器才能够制作出来。新的技术从理论上解决了聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这此优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。
2.新材料制备动态反应加工设备技术的革新
这一项技术的革新主要是指信息存储光盘直接合成反应成型技术的发明，这项技术具有当代新技术所需要的大多数优点，由于采取了全然不同的理论指导和流程，这项技术具有周期短，操作建议，对环境污染小，节约资源的优点。正是由于这些优点的存在，这项技术打破了原有传统技术的局限性，避免了很多问题的出现。而且随着光盘存储技术的发展，这项技术还有无限的提升空间。它的主要工作机理是把光盘级的PC树脂化，将中间存储和盘基成型融合在一个流程当中，再借鉴动态连续反应成型技术对交换连续化生产技术进行研究和发展。
3、复合材料物理场强化制备技术
此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表而特性及其功能设计，整个流程都是在设计好的连续的加工环境中进行，省去了其他化学催化剂或者改性剂的参与，有效地实现了资源的节约。利用聚合物使无机粒子进行原位表面性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料热塑性弹性体动态全硫化制各技术：此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化。解决共混加工过程共混物相态反转问题。
三、展望高分子材料成型加工技术未来的发展方向
近年来，在世界上的高分子材料成型技术的发展热潮的影响下，我国的各省各地也加快了高分子材料成型技术的发展，相关部门也加大了政策上的支持。这一做法是完全符合我国改革开放以来的经济发展路线，因此这一技术已经具备了发展的一切有利因素。
我国的各个城市陆续展开这项技术的推广，已经有超过一半的地区在推广和使用这一技术，这一技术所创造的经济利益也是不容忽视的，很多地区已经将这一技术变成一个产业，工业制成品大量出口到欧洲和亚洲的很多国家和地区，在国际贸易方面有非常显的成效，不但提高了出口的多样性，而且拉动了社会效益和经济效益的增长。在未来的时间里，这项技术还具有非常大的发展空间，新型高分子材料成型技术还可以应用在更多的领域，相信会有一天高分子材料会成为我们日常生活中不可缺少的东西。希望以后有更多的人才投入到这项技术中去，这样我国的高分子成型材料加工技术才能够赶超发达国家，为我国的外贸的发展。
四、结语
综合上文所陈述的，我国要想在高分子材料的道路上走的更远，必须牢记科技史第一生产力的这一原则。并且只有随着高分子材料的不断深入应用，我国才能够更好地建设资源节约型环境友好型社会，才能让世界看到中国的发展不是以牺牲环境，大量消耗资源为代价的。推动高分子加工合成技术势在必行。
参考文献
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关键词 高分子材料与工程 工程实践 专业实习 生产实习
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.09.025
Exploration and Practice on the Practice Mode of Polymer
Material and Engineering Specialty
LI Zhijun， YU Rentong， ZHAO Yinmei
（College of Materials and Chemical Engineering， Hai'nan University， Haikou， Hai'nan 570228）
Abstract Production practice is an important practice in Higher Education of engineering. Through the in-depth reform of the professional practice mode， the engineering practice ability of polymer materials and engineering specialty of Hainan University has been effectively strengthened， and the comprehensive quality has been improved.
Key words Polymer materials and Engineering； engineering practice； professional practice； production practice
近些年来，我国的工科高等教育获得了长足的进步。据教育部统计数据显示，工程科技类人才的培养规模已达到总体教育规模的1/3～1/2。然而，我国工科院校培养的工程师的整体水平与美国、德国和日本等发达国家甚至一些发展中国家都有很大差距。为了加快提高我国工科高等教育的质量，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出要建立学校教育和实践锻炼相结合的人才培养体系。专业实习是高校课程体系中专业教学的必要环节，对于提高学生的工程实践与创新能力具有特殊的重要意义。海南大学高分子材料与工程专业始创于1958年，是海南省的特色优势专业。海南大学高分子材料与工程系对其高分子材料与工程专业本科生的专业实践教学模式不断进行探索与实践，为达到良好的实践育人的效果及培养高质量的高分子材料与工程专业的毕业生奠定了扎实的基础。
1 高分子材料与工程专业实习的必要性
高分子材料与工程学科的特点是理论与实践密切结合。1935年，Wallace H. Carothers通过己二胺和己二酸进行缩聚反应成功合成出聚酰胺66（PA66），有力地证明了高分子的存在，使人们信服于Staudinger的大分子理论，从而使得高分子科学真正建立起来。此后高分子材料迅速渗透入人们的衣食住行并在国民经济、社会发展和国家安全中承担着重要而不可或缺的作用；早在1994年，全球三大合成高分子材料的产量便达到1.4？04万吨，从体积上超过了钢铁。近年来，对高性能化、功能化、精细化、复合化、智能化材料的需求更给高分子学科提出了需要在实践上的创新与突破。实践的需要及实践中的发现推动了高分子科学的不断发展，而不断完善的高分子学科理论体系又对高分子行业的生产实践起到指导作用。可见，高分子学科的诞生、发展都深深扎根于实践的土壤，而专业实习的实践特性则为高等院校的高分子学科专业的发展提供了必要的支撑作用。
高等工科教育的目标是培养拥有扎实的基础知识与专业技能，同时具备较强工程实践能力的高级人才。专业实习促使学生将所学的专业知识与生产实际相结合，强化动手能力，更重要的是可以培养学生独立分析问题、解决问题的工程实践能力与创新能力。20世纪20年代，英国H.E. Palmer、A.S. Homby等人提出了情景教学法，专业实习属于情景教学的一种。传统的课堂教学以教师的讲述为主，有些内容难以达到生动形象的描述，难以通过直观、丰富多彩的形象材料激发学生的学习兴趣。通过专业实习，激发学生的学习热情，启发学生更深刻地理解所学的理论，进而实现知识与应用的融会贯通。如我校2011级高分子材料与工程专业的学生们在海南某塑料制件生产厂家进行专业实习时，针对其注塑车间生产的少量产品存在缺陷的实际问题，及时与企业的技术人员及车间负责人进行了交流与探讨，学生们根据所学专业知识并结合企业生产的实际情况对该问题进行了分析并提出若干条合理化解决问题的建议。在实习实践过程中，学生们的学习热情得到了激发，所学理论得以在实践中践行，学生们解决实际问题的能力得到了提升，同时也得到企业的技术负责人及车间负责人的认可与欣赏。
2 专业实习工作的有效推进
由于专业实习在学生综合培养中具有特殊的重要性，如何有效提升专业实习的成效就成为进一步推进我校高分子材料与工程专业发展而需要解决的首要问题。海南大学高分子材料与工程系的高分子材料与工程专业于2013年获批成为教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业，拥有热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室、海南省高校高分子工艺实验室教学示范中心平台和海南天然橡胶产业集团股份有限公司牵头建设的海南省先进天然橡胶复合材料工程研究中心。在探索专业实习人才培养模式的过程中，我校高分子材料与工程系充分利用丰富的校内外实习基地资源，实习基地的软件和硬件建设齐头并进，初步建立了具有本专业特色的本科生实习模式，实习模式示意图如图1所示：
2.1 校内实习基地与校外实习基地建设齐头并进
对高校学生实习不具义务的现实使得一些单位不愿主动承担专业实习工作，这也是当前全国工科专业学生实习面临的普通难题。海南大学高分子材料与工程系通过多年的积累，已与海南省内近二十多家企业建立了良好的专业实习合作关系。尽管如此，由于学生在企业的单次实习时间仍然有限，所以作为企业实习的补充，充分利用校内实习基地既有的检测仪器及成型加工设备对学生进行一定学时的前期工程实训显得尤为重要。在校内实习基地，学生们能有充分的时间动手操作工业生产中常用到的设备，如挤出机、注塑机、开炼机、密炼机、平板硫化机等，也能熟练掌握红外光谱仪、热分析仪、偏光显微镜、电子拉力试验机等仪器的操作规程及对企业生产的诸多产品的结构与性能进行测试、表征及分析，能在遇到问题的时候方便地查阅资料并针对问题及时与指导教师进行交流。校内基地的实训为后续的校外基地实习奠定了坚实的基础，这也使得学生们能迅速适应校外基地的实习任务并得以进行更高层次的生产实际操作能力和创新能力的培养。
天生的市场敏感性使得企业对产品具有更完备的把握性，如果说校内基地的实训是沙盘演练，校外基地的实习则是实战演习。对于校外实习基地的选择我们遵循以下原则：（1）专业性强、生产规范并具备一定的生产规模；（2）有指导生产实习的技术实力及经历；（3）具有产学研合作的兴趣及能力；（4）企业内部及外部环境安全。高分子材料与工程系还借助多种渠道如专业教师与企业的技术合作、校友关系、橡胶及塑料行业相关协会等成功实现了与多家企业的专业实习对接并建立了稳定的签约实习基地。激烈的市场竞争、技术的更新换代以及对专业知识人员的渴求使得一些具有前瞻性的企业对学生的专业实习表现出强有力的支持，甚至海南省的一些中、小型塑料行业的企业也主动提出按技术工人待遇解决学生的食宿问题，公司的管理者也更愿意在学生的实习活动中发掘人才并培养人才。
2.2 夯实内功，深化软件建设
海南大学高分子材料与工程系与时俱进，在专业实习的软件建设上不仅对学生布置了贴切实习单位实际的新任务，而且对专业指导教师提出了更高的要求。作为专业实习实践层面上的补充，高分子材料与工程系引进了与实习内容相关的仿真软件，如从哈尔滨工业大学引进了塑料成型工艺软件和复合材料成型工艺软件，在指导教师的讲解下，学生们通过对仿真软件中成型加工原理、工艺及设备操作等的认知，再加上相关知识点的视频资料学习，学生能迅速能缩小理论与实际间的差距。
实习的整体效果很大程度上取决于准备工作的充分程度。专业指导教师由具有丰富的指导实习经验的老教师和有热情及责任感的青年教师组成，共同编写各实习点的实习学习手册，通过老教师的传帮带，青年教师明确了在学生实习过程中自己的责任和义务，掌握了实习企业的管理及生产特点，以及必须注意的一些关键环节问题。专业实习指导教师不但要熟悉《突发公共卫生事件应急条例》和《学生伤害事故处理办法》，还要制定师生都要严格执行的《师生实习期间管理办法》。另外，赴专业实习点前，学生务必在《专业实习安全知情书》上签字。
2.3 综合全面地进行双向考核及评价
现代社会对学生提出了更为全面的素质要求，如学习能力、动手能力、创新能力、人际交往能力、适应社会能力等等。海南大学高分子材料与工程系对学生的实习考核除了实习报告和开放式考试的固定形式外，还辅以其它形式多样的综合考察途径，如是否勤学好问，是否积极参与企业的科技创新研究及活动，是否能融入企业文化、乐意参与企业的文体活动等等。生动活泼的实习氛围是激发学生实习热情的“强心剂”，如举办有师生及企业相关人员共同参与的“假如我是一名车间主任”的模拟竞选演讲活动。学生们围绕“一个合格的车间主任所应具备的综合素质”进行阐述，不仅能站在我是企业人的角度给予实习单位在生产管理、技术践行及人员调配等方面提出合理化的建议中增强就业自信心，还能通过企业相关负责人的点评认识到自己需努力的方向。通过多形式的考核，专业指导教师与学生都能及时发现问题，从而有的放矢地进行改进与完善，进而达到提高学生综合素质的目的；同时，企业也能更深层次地考核需要引进的对位专业人才。另一方面，学生对课程的反馈与评价也有利于任课教师将课程改革推向深入。校教务处网上问卷调查表明同学们对该课程的满意率达到96.35%，线下问卷调查的典型反馈与评价如表1所示：
3 总结和展望
实践证明，我们对本专业的实习教学模式进行的探索能卓有成效地提高学生的工程实践能力及就业能力（2015年度该专业本科生一次性就业率达到93.24%），多年来反馈的信息表明，我校高分子材料与工程专业的毕业生普遍（下转第51页）（上接第49页）为用人单位看好，未来我们将积极借鉴国内外其它高校在实践教学方面的办学经验，不断完善和发展既符合我校实际又能适应国家经济、科技、社会发展对高素质人才的需求的高分子材料与工程专业实习模式。
海南省中西部高校提升综合实力工作资金项目（02M4 097001004002）；海南省自然科学基金（514204）；海南大学教育教学研究项目（hdjy1224）
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篇5
近20年来,磁性高分子微球的研究非常活跃,已从最简单的高分子包裹磁性材料发展到多种类型的组成方式。本文根据磁性高分子微球的结构类型将其分成三类(见图1),但是,组成磁性微球的基本材料仍然是磁性物质和高分子材料。磁性物质包括Fe3O4、r-Fe2O3、Pt、Ni、Co等,其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和天然高分子材料。合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯类、聚酰胺类高分子;天然高分子材料常用的有明胶、白蛋白、纤维素和各种聚糖。此外,近年来有人为了电磁方面的应用,研究了一些导电性的磁性高分子微球[4,5],聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物也可用来制备磁性微球。磁性高分子微球的性质不仅与组成材料的性质有关,还与制备方法有关。因此,制备方法的研究十分重要。通常不同类型的磁性高分子微球其制备方法也有所不同。
2磁性高分子微球的制备方法
2?1a型磁性高分子微球的制备方法a型磁性高分子微球是一种简单的核壳微球,其制备方法有两种分类法:一种是根据磁性物质与磁性微球的形成次序分,有一步法和二步法;另一种是常规分法,有包埋法和单体聚合法。这两种分法的交叉部分在于包埋磁性物质可采用一步法或二步法,而单体聚合包裹则大多采用二步法。
2?1?1一步法
一步法又称共沉淀法,是指在生成磁性物质(Fe3O4或Fe2O3)的同时产生磁性高分子微球的制备方法,即先将高分子物质溶解,然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液,搅拌的同时滴加碱性溶液提高pH值,这样磁性物质一产生就被包裹形成核壳磁性高分子微球。邱广亮[6]等采用这种方法制备了纳米级磁性明胶微粒,并用于纤维素酶的固定化。一步法的优点是制备方法简单,避免了制取磁流体或均匀分散磁粒子的相关处理,制得的磁性微球粒径较小、表面积大。缺点是磁性微球大小不均匀、磁响应性较弱。
2?1?2二步法
二步法通常是先制备Fe3O4微粒子(或直接购买Fe3O4粉末),然后将其与聚合物或高分子单体溶液混合作用制得磁性高分子微球。目前制备磁性高分子微球普遍采用二步法。Emir[7]等先制取Fe3O4,接着将Fe3O4粉末和壳聚糖倒入分散剂中反应,同时加入交联剂戊二醛,通过控制反应条件得到无孔的粒径在100~250μm之间的壳聚糖微球。由于一步法制得的Fe2O3-PANI复合微球室温电导率和磁化率都较低,且结构和性质难以控制,Deng’s[4]实验小组经改进,采用二步法合成了电磁性Fe3O4交联聚苯胺复合粒子,粒径在30~40nm之间,研究表明,控制Fe含量和掺杂程度可提高饱和磁化率与导电性。
2?1?3包埋法和单体聚合法
这两种方法宫月平[8]等阐述得很全面,在此不再赘述具体的方法,只介绍最新的研究成果。在包埋过程中,采用交联剂交联高分子层可增加磁性微球的稳定性,但通常化学交联的磁性微球大小不均匀且有聚集,粒径分布较宽且球形不规则。为了解决这些问题,Chatterjee[9]等采用热固化包埋法合成了人血清蛋白磁性微球,粒径分布、球形都有所改善,微球更分散。Harris[10]等采用亲水性三段式共聚物(PEO-COOH-PEO)包覆Fe3O4纳米粒子得到磁性微球分散体系,研究了PEO长度对微球分散稳定性的影响。Chang[11]等将磁粒子羟基化后与甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷连接,再与异丙基丙烯酰胺接枝共聚得到核-壳磁性高分子微球。DengY[12]等用反相微乳液聚合合成了聚丙烯酰胺磁性微球。Kondo[13]采用两步无乳化剂乳液聚合制得热敏性P(St-NIPAM-MAA)磁性微球。Zhang[14]用分散聚合的方法制备聚(苯乙烯-烯丙醇)磁性微球,将其与CuPc(CoCl)4反应后得到一种具有良好光电导性的磁性微球。
2.2b型磁性高分子微球的制备方法
b型磁性高分子微球分为两类见图1(b1,b2),主要有两种制备方法。
2?2?1界面沉积法
界面沉积法可用来制备b1和b2类型的磁性高分子微球。它通常是先分别制取聚合物胶体粒子和无机物粒子,通过加入电解质、调节pH值或其他方式使聚合物胶体粒子和磁性粒子表面带上相反性质的电荷,由于静电作用,两者混合后磁性粒子被吸附在聚合物胶体粒子表面形成包覆层,得到b2型磁性微球。如果以此乳胶粒子为种子进行乳液聚合,可制得夹心式结构(b1型)的磁性高分子微球。SauzeddeF[15,16]实验组用这种方法制备了三种夹心式的亲水性磁性高分子微球。由于界面沉积法制备的磁性高分子微球粒径主要由最初的高分子微粒的大小决定,故其粒径易于控制,大小均匀,磁一致性强。
2?2?2非电性沉积法
非电性沉积法也称化学沉积法或EPS法,用于制备b2型的磁性高分子微球。具体做法是先制得表面带功能团的微球,在微球表面引入贵金属离子(Pd2+),接着将金属离子还原成0价得到活化的聚合物微球,最后化学还原过渡金属离子使其沉淀在聚合物微球表面。这种沉积不是由静电作用引起的,是一种非电性沉积。WangYanmei等[17]以Pd激活P(St-AA)微球,将Ni和Co沉积在其表面得到核壳型的P(St-AA)Ni和P(St-AA)Co磁性微球,他认为化学沉积是表面功能团引发的。这种方法制得的磁性高分子微球,粒子大小由高分子微粒的大小和过渡金属离子的浓度决定,粒径均匀,但微球表面不太光滑。
2?3C型磁性高分子微球制备方法
C型磁性高分子微球由溶胀法(也称化学转化法)制取,该法是Ugelstad在1979年创立的。此法通过溶胀大孔的、表面及孔内含多种官能团(-NO2,-OH,-CHO)的聚合物粒子,让一定浓度的磁性金属离子渗透到大孔中去,然后利用碱性试剂或改变温度使金属离子转化为磁性氧化物,再利用交联剂或其它方法封闭孔道。在封孔之前,可通过反复渗透和中和来调整磁含量达到所需水平。采用此法制备的磁性聚合物微球单分散性好,磁含量可控,磁均一性强。溶胀法是目前制备磁性聚合物微球的最好方法,已商业化,但操作程序繁琐。张梅等[18]用此法制备出磁性较强、磁分布均匀的强酸树脂、磁性磺化微球等。康继超[19]也用二步溶胀法制取了单分散、大粒径的磁性聚苯乙烯微球。除了以上介绍的制备方法,有些研究还尝试了新的方法制备磁性高分子微球。Burke[20]在氨和聚合物分散剂存在下热分解Fe(CO)5得到聚合物/金属壳核纳米微球。Avivi[21]等用超声化学法制备了磁性牛血清蛋白微球,粒径分布窄,但微球表面不光滑,有Fe2O3粒子聚集。此外,为了满足生物医学应用对磁性高分子微球性质的要求,常常需要对其表面进行修饰。这样不仅保持了磁性高分子微球生物降解性,而且提高了强度,改善了球形,可用作靶向药物的载体。
3磁性高分子微球的生物医学应用
由于磁性高分子微球的特殊性质,使其在生物医学领域的应用非常广泛。磁性微球的高分子外壳的表面多样性使它可以通过各种化学反应与生物活性物质中的配基偶联,从而识别相应的抗原或抗体、核酸等,最后在外加磁场中进行分离。正是由于磁性高分子微球的顺磁性,使它在磁场中定向移动,达到分离或靶向的目的。
3.1固定化酶
游离酶在生物化学和生物医学方面的应用往往不尽人意,而将酶固定在磁性载体上则有诸多的优势。这是因为酶固定在磁性高分子微球上后,其热稳定性、存放稳定性和操作稳定性都得到提高;固定化酶再生性好,使用效率高;可用于连续生产,降低生产成本;可在外加磁场作用下快速分离,适于大规模连续化操作。Akgo[22]用羰基二咪唑(CDI)活化的磁性聚乙烯醇微球来固定转化酶。Arica[23]等将环六亚甲基二胺(HMDA)连接在聚异丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球表面,用CDI或CNBr激活后用于共价结合葡糖淀粉酶。Rittich[24]采用三氯三嗪法将脱氧核糖核酸酶固定在磁性纤维素微球和磁性聚(HEMA-EDM A)微球上,用来降解染色体和质体DNA。BílkováZ等[2]用磁性P(HEMA-EDMA)微球的酰肼衍生物固定半乳糖氧化酶,被定向固定的酶表现出很高的存储活性和对环境的低敏感性。磁性载体的性质对固定化酶的应用十分重要,它必须满足一定的条件:①无毒;②可生物相容;③能够提供足够大的表面积,使酶反应顺利进行,降低酶反应基质和产物的分散限制;④具有一定的机械强度。
3.2细胞分离
有效的细胞分离是临床免疫应用最基本最重要的一步。在磁性高分子微球表面接上具有生物活性的吸附剂或配基,然后与目标细胞结合,加上外磁场将细胞分离、分类,即磁性细胞分离,是一种有效的细胞分离方法。此法具有操作简单快速、分离纯度高、保留细胞活性、成本低等优点。Chatterjee[25]在白蛋白磁性微球(ALBMMS)和聚苯乙烯磁性微球(PSMMS)表面接上凝血素,用来分离红血细胞。Kacemi[26]等为了研究胎盘内皮细胞在血管形成及血流量维持中的作用,用免疫球蛋白磁性微球从胎盘中分离出内皮进行分析。
3.3磁性靶向给药
磁性靶向给药是以磁性高分子微球为载体,将药物包封在其中,吸附在高分子层或偶联在表面,口服或注入体内,利用外加磁场引导载药微球到病患处集中并缓慢释放,定向作用于靶组织。定向给药可使靶区药物浓度高于正常组织,减少药剂量和药物毒副作用,提高药效。GhassabianS[27]等将地塞米松和Fe3O4包埋于白蛋白微球中,用于治疗淋巴细胞肿瘤。HafeliUO等[3]用磁性聚乳酸放射性微球靶向治疗肿瘤细胞,进行了体外和体内放射效果研究。由于药物载体会与药物一起进入人体内,而药物载体必须不能对人体造成伤害。故用于靶向药物的磁性高分子微球必须满足一定要求:(1)具有生物降解性;(2)粒径<1?4μm,以免阻塞血管,利于微球在靶区均匀分布;(3)具有一定的缓释性;(4)具有最大的生物相容性和最小的抗原性;(5)载药微球及其降解产物无毒或毒性极低。
3.4核酸(DNA)分离、提纯
样品制备的质量,尤其是DNA分离的效果,是衡量DNA技术的基本标准。经典的DNA/RNA分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法,这些方法的缺点是耗时多,难以自动化,不能用于分析小体积样品,分离不完全。使用磁性高分子微球进行核酸分离可避免这些局限。Oster[28]使用含Fe3O460%、非特定蛋白质结合率低的M-PVA磁珠,从血液中分离DNA,产率很高。用于核酸杂化测定或含特定序列核酸的提纯,可自动操作和重复使用,产物纯度高。除了可应用于以上生物医药领域,磁性高分子微球还可用于生物分子识别,细胞跟踪速度标定,微量有机物测定等。
4展望
近年来,对磁性高分子微球的研究已多见报道,但要使磁性高分子微球在应用领域得到推广,还需做很多深入细致的研究工作。
(1)用导电性聚合物包裹磁性物质得到电磁性微球克服了导电聚合物机械强度和加工性能差的缺点,同时兼具电导性和磁性,可望在电池、电磁屏蔽材料、传感器等方面有巨大的应用潜力。因此,电磁性高分子微球的研究是今后工作的重点之一。特别是要解决如何使聚合物微球即具有良好的磁响应性又具有较好的电导率。有人用TiO2包裹PSt/Fe3O4磁性微球制得多层的电磁响应性的复合微粒,其双电常数和电导率处于PSt/Fe3O4微球和TiO2之间,接近TiO2[5]。所以,还可考虑采用其他导电物质来制备电磁性聚合物微球。
(2)国外已有商品化磁性微球试剂盒(Dynab-eads)出售,但价格昂贵,对推广应用不利。因此,降低磁性高分子微球的制备成本也是今后的一个工作重点。
篇6
【关键词】生物基聚酯，高分子材料，聚酯材料
0 前言
高分子材料是当今世界使用广泛的一种非金属材料，其包含很多种类，聚酯是其中很重要的一类。由多元酸和多元醇作为单体，经过分子间的酯化反应而得到的、主链中含有酯基的高分子材料称为聚酯。由不同单体合成的不同主链结构的聚酯往往存在力学性能、化学性能的不同，由此使得聚酯材料在在工程塑料、聚酯纤维、聚酯薄膜等很多不同的方面获得了广泛的应用。
聚酯材料多样的用途决定了生活中对其产量的需求十分巨大，多数重要聚酯材料的单体主要来源为石油化工，例如涤纶聚酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚碳酸酯（PC）等。在石油资源日益枯竭的今天，对石油资源的大量消耗显然不符合我国可持续发展的基本国策，于是合理利用生物质资源，通过生物化学手段获得聚酯单体及其潜在替代品已经成为热门的研究方向。
1 常见生物基聚酯的分类
利用生物质资源如农作物秸秆、残木、以及其他天然有机废弃物通过生物化学手段获得的可用作聚酯合成的单体称为生物基单体，目前较为常见的有生物基乙二醇（EG）、乳酸、2，5呋喃二甲酸（FDCA）
1.1 脂肪族生物基聚酯
脂肪族生物基聚酯的典型代表有聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）及聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。
1.1.1 聚乳酸（PLA）
PLA是当前使用量与生产量极大的一种生物基聚酯，常见的环保购物袋、医用高分子、食品包装袋等产品中都有聚乳酸的身影。乳酸在哺乳动物体内代谢过程中即可产生，PLA对人体无毒无害，且在自然界十分容易降解形成CO2和水。目前关于PLA的生产技术已经比较成熟，特定催化剂的应用使得工业上通过直接酯化的方法即可合成高分子量的PLA。未来大力发展PLA产业不仅有利于合理利用我国丰富的生物质资源，更会极大的改善环境，走可持续发展之路。
1.1.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）
PHA是聚羟基脂肪酸酯的统称，其具有良好的生物相容性，对环境十分友好，且与PLA相似，可用于包装、医用高分子等多种用途[1，2]。PHA可使用的单体多种多样，目前已知的有200多种，使用不同的单体反应可以制得许多种类的PHA，例如聚羟基丙酸酯（PHP）、聚羟基戊酸酯（PHV）、不同单体的嵌段共聚物等。
1.1.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）
PBS同上文两类聚酯一样具有良好的生物相容性、生物降解性。从结构上看，其制备所需的两种单体为：丁二酸、丁二醇。目前这两类单体均可由生物技术制得，符合我国政府关于合理利用生物质资源的要求。值得注意的是合成PBS的过程中，在缩聚阶段温度不可过高，否则易导致聚酯的降解变色问题。当前良好的工艺合成的PBS常用在生物医药领域，因为其与PE的力学性能相似，有较低的熔点并有较高的断裂伸长率，其可加工性能、耐水性以及热稳定性均表现良好[3，4]。
1.2 PTA生物聚酯
PTA生物聚酯即以对苯二甲酸（PTA）为二酸单体，以生物基二（多）元醇为另一种单体缩聚而成的聚酯，当前对于PTA而言尚且无法通过生物化学手段制得可直接用于缩聚的高纯PTA，其主要来源仍然是石油化工，然而一些二元醇单体例如生物基EG，生物基PDO等均可利用生物化学手段获得。
利用生物基EG与PTA合成的生物基PET已经较为成熟，生物基EG在成分中有微量的其他醇类杂质，其合成产品的性能虽然在模量、断裂伸长率等方面略逊于石油基PET，但其吸湿率和纤维比电阻获得了可喜的改变[5]。与之类似的生物基PTT也有较为充分的研究，PTT纤维被证明是性能十分优良的服装纤维。生物基多元醇的生产，无疑也在一定程度上缓解了石油化工生产多元醇的压力。
1.3 2，5-呋喃二甲酸基聚酯
2，5-呋喃二甲酸（FDCA）是当前研究中比较热门的一类生物基聚酯单体，秸秆等生物质资源均可用于合成FDCA。由于FDCA中存在着共轭双键结构，与PTA均为环状结构且都含有两个羧基，FDCA被认为是潜在的可以替代石油基PTA的一类单体，事实也证明实验室中合成的聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）、聚2，5-呋喃二甲酸丙二醇酯（PTF）等与PET、PTT等聚酯在性能上有一定的相似性并有优于传统PTA类聚酯的性能，例如PEF做成的瓶子被证明有优于PET瓶11倍的氧阻隔能力、19倍的CO2阻隔能力、1.6倍的拉伸模量，生产过程中也将排放更少的CO2，使用更少的不可再生资源[6]。当前由于FDCA的产业化以及PEF加工中的降解等问题，关于PEF的研究仍然在实验室规模进行中，尚未进行产业化。
2 生物基聚酯常用的制备方法
生物基聚酯的制备方法与普通聚酯的制备方法相似，常用的方法为直接酯化法与酯交换法，界面缩聚、溶液缩聚等也在一些情况下有所使用。
通常而言，直接酯化法由于操作简单被首先考虑，然而直接酯化法对于原料单体的纯度有很高的要求，产物纯度不足时常需要使用扩链等方法来增加产物的分子量来提升其性能。与此同时，由于多种生物基单体在高温下可能存在降解问题，例如FDCA等，需要选择合适的催化剂来降低酯化和缩聚两步操作时的活化能，进而实现在单体降解之前的某个温度下完成聚酯的合成。
酯交换法虽然操作上不如直接酯化的方法直接，但是其在单体难提纯时有显著的优势，不仅可以用作提纯单体的方法，更可以在单体纯度不足时获得比直接酯化法分子量更高的聚酯。在PEF合成的早期，由于FDCA的提纯方法尚不成熟，酯交换法被一些日本学者作为制备高分子量PEF的有效方法[7]。
总之，在诸多聚合方法的选择中，需要根据单体的纯度、单体的热稳定性、产物的提纯与分离、产业化成本等因素综合考虑，通过实验探究对比来选择最优的合成方法。
3 生物基聚酯存在的问题
生物基聚酯尽管是环境友好的聚酯产品且前景大好，然而对其使用，仍然存在着一些方面的问题需要解决。
首先，生物基聚酯的翁逋ü生物化学技术获得，尽管原料成本相对低廉，但是生产的工艺流程以及提纯分离的过程往往较为复杂，这就决定了很多生物基单体的成本会在一定程度上高于石油基单体，进而增加了产品的成本。
其次，生物化学手段获得的生物基单体本身就会存在一定程度的性能不稳定问题，不同的工艺、不同的提纯手段甚至于不同的原料来源都会导致所获得单体性能以及纯度的不同。这些问题的存在致使现阶段不得不对同一种生物聚酯的不同批次的合成路线做出部分反应条件的调整，使得新开发生物基聚酯产品的产业化受限。
最后，部分生物基单体本身的热稳定性不如石油基单体，聚酯产品的性能也有待改善。例如当前尚未工业化的PEF，虽然有很大潜能替代PET，但其单体FDCA的热稳定性制约着其加工以及合成；例如聚乳酸购物袋的易破碎问题，致使当前不得不通过共混一些其他高分子材料来增加其强度。
4 产品存在问题的解决方案
生物基聚酯产品的合成过程中，催化剂的选择至关重要，尤其对于用到热稳定性差的生物基单体时，需要通过大量实验探索最佳催化剂以降低酯化、缩聚反应的温度至分解温度以下。特定催化剂的选择与反应条件的摸索将成为特定聚酯生产工艺中的关键。
对于原料单体的纯度问题，酯交换法虽然在一定程度上避免了单体纯度不够而不能直接酯化的问题，然而对于原料的提纯分离方法的探究不能停止，例如前文提到的日本学者虽然利用酯交换法合成了较高分子量的PEF，但是其也在实验过程中遇到了产物降解变色的问题[7]。单体提纯问题的解决，将会大大有利于的稳定以及生产工艺的确定。
关于产物的性能，这无疑是消费者最关注的一方面，聚乳酸塑料袋使用前期存在强度差的问题在与其他高分子共混之后得到了有效的解决。对于某些特定需求的聚酯，为了改善其性能也可以通过与其他单体共聚的方法，起到类似于共混的效果，进而改善聚酯材料某方面的特定性能。由此可见，在各类生物基聚酯产品的开发过程之中，性能的提高需要多方面的实验研究，最终才能推向产业化。
5 结论与展望
生物基聚酯是非常有前景的聚酯材料，生物基单体的获得充分利用了国内丰富的生物质资源，提供了更好地解决废弃天然有机物的方法，而可降解生物基聚酯的使用符合我国政府科学发展的理念，符合我国环境友好经济的要求。未来对于生物基聚酯的应用与开发也必将获得国家的大力支持，也必将获得国际上对于中国绿色环保可持续发展的认同。
对于当前已经产业化的生物聚酯，仍然需要进一步研究降低其生产成本的办法，从而减轻政府补贴该类产品所产生的压力；对于尚未产业化的聚酯产品，我们要树立对国内科研团队的信心，看到国内产品研发的优势。当前我国国内生产的FDCA在纯度与成本方面均优于国外产品，聚乳酸等一系列具有自主知识产权的可降解生物基聚酯产品也已经得到推广和使用，我们有理由相信未来我国将牢牢把握住生物基聚酯发展的大好机会，不断实现生物基聚酯产业的重大突破。
【参考文献】
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篇7
关键词：可降解塑料 光降解 生物降解 光-生物降解塑料
引言
塑料这种材料已经广泛应用到国民经济各部门以及人民日常生活等各个领域。但是塑料这种材料在自然环境中难以降解，随着其用途的扩大，带来产量的增加，因此导致了严重的环境污染问题。传统的处理技术（焚烧、掩埋等）存在一定的缺陷，回收利用也存在着局限性，而且这些处理方式都不能从根本上解决问题。因此开发可降解塑料来解决废弃物难以处理的问题是一个重要的课题。
一、可降解塑料的定义
可降解塑料虽然至今在世界上没有统一的标准化定义，但是美国材料试验协会（ASTM）在通过研究相关术语的标准对其定义：在特定的环境下，其化学机构发生明显变化，并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。这个定义基本上与降解和裂化的定义相一致。
二、降解塑料的分类及降解机理
1.光降解塑料
光降解塑料包括合成型也叫共聚型、添加型两种，该种塑料在日照下会受到光氧作用并吸收光能，光能主要为紫外光能，因此而发生自由基氧化链反应以及光引发断链反应，从而降解成对环境安全无害的低分子量化合物。
其中通过共聚反应在高分子主链引入感光基因而得到光降解特性的为合成型降解塑料，这种塑料通过调节感光基因含量来控制其光降解活性。目前某些可用于包装袋、容器、农膜等范围的乙烯―CO共聚物和乙烯―乙烯酮共聚物已实现工业化。通过将光敏助剂添加到高分子材料中而制造成的为添加型高分子光降解材料，这种类型的塑料其降解原理为光敏剂会受到紫外光的诱导，将它添加到塑料中可以引发并加速塑料的光氧化。光敏剂在光的作用下可离解成为具有活性的自由基，因此该类型塑料的光降解特性是由光敏剂的种类、用量和组成决定的。
降解塑料向深层发展的一个标准是可控光降解塑料，它在具备光降解的特性的同时，还应该具备特定的光降解行为。它被要求能控制诱导期内力学性能，并保持该性能在80%以上。因此要达到这个标准就必须对光敏剂的使用有更高的要求，在光敏剂可控制光氧化曲线的同时，也要注重控制光氧化的时间。
2.生物降解塑料
在自然界中受细菌、霉菌等微生物作用而降解的塑料为微生物降解塑料，该类型塑料的种类有部分生物降解型、完全生物降解型、化学合成型、天然高分子型、掺混型、微生物合成型和转基因生物生产型。
在微生物作用下能完全分解成CO2和H2O的为最理想的生物降解塑料，通过研究可发现，酶在塑料水解、氧化的过程中发挥着极其重要的作用，是生物降解的实质。酶会导致主链断裂，从而相应的降低相对分子质量，使其失去机械性能，以便于微生物对其更容易的摄取。
生物降解必须满足三个条件，经历三个阶段。
条件为：微生物（真菌、细菌、放射菌）的存在。
拥有氧气，并要求一定的湿度，还要有无机物培养基的存在。
适宜的温度范围为20～60摄氏度，PH范围在5～8之间。
三个阶段为：
初级生物降解――在微生物作用下，塑料等化合物的分子化结构发生变化，使原材料分子的完整性被破坏。
环境容许的生物降解――原材料中的毒性可以被去除，以及人们所不希望的特性的降解作用同样可以除去。
最终生物降解――塑料通过生物降解，被同化成微生物的一部分。生物降解过程中主要的三种物理化学反应：
物理作用――微生物细胞生长在对塑料的机械破坏中起着重要作用。
化学作用――微生物在破坏中会产生某些化学物质，起到化学作用。
酶直接作用――本质为蛋白质的酶，含有20多种氨基酸，它们能降低被吸附塑料分子和氧分子的反应活化能，以此来加速塑料的生物分解。
3.光-生物降解塑料
顾名思义，这种塑料兼具生物和光双重降解功能，使得其达到完全降解的目的。光降解高分子材料有两种：淀粉型和非淀粉型，其中较为普遍的是采用高分子的天然淀粉作为生物降解助剂。这种在高分子材料中同时添加自动氧化剂、光敏剂以及生物降解助剂等作为配置方法，来达到光-生物降解的复合效果。含有多种化学物质而形成的非淀粉型光和生物降解体系已广泛应用于吹塑制成可控降解地膜，在应用过程中发现，该薄膜不仅具备保温、保湿和力学性能，还具备可控性好、诱导期稳定等优点。
目前，光-生物降解塑料处理工艺的关键是淀粉的细化很热结构水的脱除，处理设备复杂，因此产品的质量难以控制。由于其设备的投资需要的资金大，复杂的工艺以及缺少该方面的人才技术人员，导致其市场化、产业化的发展步履维艰。
总结：
近年来在国内外，可降解塑料的开发与研究已取得了一定进展，但是其技术有待进一步优化，工艺需要不断完善，市场化的推广也要加大力度，采取有效措施降低成本、拓宽用途、提高性能等。更要注意的是降解塑料在世界上没有统一的定义，也缺乏确切的评价，识别标志、产品检测没有完整的体系导致市场混乱。
从长远发展的角度看，当代人们的环保意识不断加强，降解塑料的市场化是一种必然的趋势。当前相对较成熟的是光降解塑料技术，生物降解技术由于其处在发展阶段，因此是开发的热点，光-生物降解技术则是主要开发方向之一。
参考文献：
[1]裴晓林；应用基因组改组技术选育L-乳酸高产菌株及其发酵工艺研究[D]；吉林大学；2007年.
篇8
关键词 现代高效节水农业；节水技术；研究进展
中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）16-0199-01
水资源是基础性的自然资源和重要的战略资源。我国水资源严重短缺，水资源供需矛盾突出。作为用水大户，近年来农业用水量约占经济社会用水总量的62%，部分地区高达90%以上，农业用水效率不高，节水潜力很大。大力发展农业节水，是促进水资源可持续利用、保障粮食安全、加快转变经济发展方式的重要举措[1]。该文阐述现代高效节水农业技术的研究进展，并对未来节水农业进行展望。
1 现代高效节水农业技术研究进展
传统的农业节水技术已不适应现代社会发展，现代节水高效农业技术是在传统节水技术上发展的。而随着科技的发展，生物技术、电子信息技术、高分子材料技术等技术的应用使现代节水技术更纯熟。
1.1 生物节水技术
生物节水技术种类繁多，包括利用生物技术培育节水抗旱作物及采用RDI调亏灌溉、ARDI分根区交替灌溉、PRD部分根干燥的以植物生理需水调控为基础的非充分灌溉技术等。这些节水技术既可明显提高作物的水分利用效率，也可抗旱、杀虫防病，已在美国、加拿大、以色列、澳大利亚等推广应用，我国部分地区也有应用。这些技术在大量减少灌溉用水量、降低水分蒸腾时，并没有降低作物产量[2]。
1.2 农艺节水技术
农艺节水技术包括农田保水蓄水、合理节水耕作与栽培、适水种植、水肥耦合、抗旱作物品种选育、作物合理布局、培肥地力等技术，是利用耕作、覆盖措施和化学制剂进行调控，达到节水高产的目的[3]。研究表明，采用合理耕作、水肥耦合、化学制剂调控等措施可节水30%。农艺节水技术具有保土保肥保温、调节田间小气候、灌水均匀、改善土壤结构、减少病虫害等优点，可使作物增产20% 以上。在干旱和半干旱地区，通过修建水库、池塘、水窖等水利工程，再结合深松深耕、以肥调水、合理控制作物群体种植密度等农艺措施，可确保作物的高产稳产，并保证作物的品质[3]。
1.3 工程节水技术
工程节水技术是结合了最新技术的一种节水技术，包括高分子技术、信息技术、现代高新科技等，以减少灌溉时出现的水量损失。工程节水技术就是运用现代高新技术对传统技术和产品进行升级改造，创制出多功能、低能耗、智能化、环保化的节水灌溉系统，从而实现精量灌溉节水。为了减少农田输水系统水量损失，许多国家采用机械化技术与信息技术相结合，采用管网化的灌溉输水系统，将高分子材料应用于渠道防渗系统，研究出具有防渗、抗冻胀性能的复合衬砌的工程结构，开发出高性能、低成本的新型土壤固化剂和固化土复合材料，并利用工程技术对雨水、污水、咸水、大气水等非常规水的开发利用。
1.4 水管理节水技术
水管理节水技术就是利用3S技术、智能技术、信息技术等，对作物进行水分监测与信息采集，对作物生长进行决策模拟，对农田信息实时采集，实现灌溉用水管理的现代化、高效化和自动化，满足对灌溉系统管理的灵活、精准和快捷的要求，以提高水的利用效率[4]。利用水管理节水技术，在灌区采用多种水源进行灌溉，如利用经处理达标的工业废水灌溉、咸水淡化灌溉、收集雨水灌溉等，合理利用和配置灌区的土壤水、地表水和地下水，最大限度地利用灌区的一切水资源，既满足作物对水的要求，也能达到节水的目的。
2 对现代高效节水农业技术的展望
现代高效节水农业技术是传统节水技术与高新技术结合的产物，具有多学科交叉、多技术融合渗透的特点，如涉及作物学、生物学、水利工程学、土壤学、材料学、遗传学、数学和化学等学科，利用水利、农艺、高分子材料、信息、计算机、化工、生物工程技术等多，以实现水资源高效利用。
在现代高效节水农业技术的研究中，借助土壤水动力学和植物生理学的理论、现代数学方法及计算模型等，通过对“土壤—植物—大气”中水分和养分转化过程的定量研究，制定符合农田情况的水肥调控机制，使现代高效节水农业技术成为一门理论基础和定量方法相结合的严谨科学。
在今后高效节水农业技术的研究中，应对如作物高效用水与生理调控、作物需水信息采集与精准灌溉、农田水肥调控与作物高效节水栽培等前沿技术开展创新性研究，并继续重点研究如田间节水灌溉、灌溉系统监控与调配、农艺节水、新型节水材料与产品、水源开发与高效利用等现代高效节水农业关键技术，建立适合国情的现代高效节水农业技术体系，从而更有力地促进农业水资源的高效合理利用。
3 参考文献
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篇9
摘要：
介绍了熔融沉积成型（FDM）原理及所需材料要求，详细阐述了国内外FDM用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯的研究进展，展望了其发展前景。
关键词：
熔融沉积成型；ABS；聚乳酸；聚碳酸酯
3D打印是一种以设计的3D模型为基础，利用打印设备逐层增加材料来构造三维实物的快速成型技术[1]。它集成了CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）、机电控制和材料科学等方面的技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。目前比较成熟的快速成型工艺有：光固化立体造型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型。与其他快速成型工艺相比，FDM操作简便，安全无毒，成型效率高，成型设备价格低，发展极为迅速。目前FDM系统在全世界已使用的快速成型系统中约占1/3。材料是熔融沉积成型的重要基础，具有可黏合性的高分子材料是FDM工艺最常用的材料，它的发展速度制约熔融沉积成型的进一步发展。本文重点介绍了丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯3类高分子材料用于FDM工艺的研究进展，为熔融沉积成型进一步发展提供理论基础。
1FDM工艺概述
1.1FDM工艺工作原理
首先用加热装置将丝状（直径约2mm）热塑性材料加热熔化，给材料合适的压力将熔融态材料从微细喷嘴（直径一般为0.2~0.6mm[2]）中挤出，喷头根据计算机设定的模型截面信息运动，将挤压出的熔融态丝材涂覆在工作台的制件基座的指定位置，并快速冷却固化，一个层面沉积完成后，工作台按设定的增量下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，循环往复，直至完成整个实体制造。
1.2FDM材料的性能要求
根据FDM工艺原理及特点，所用高分子材料应满足以下性能要求[3–5]：①材料的制丝要求高分子材料在使用前，要经螺杆挤出机加工成直径约2mm的单丝，因此材料必须能够挤出成型。单丝要求表面光泽、直径均匀、内部无中空，在常温下应具有良好的柔韧性，不会被轻易折断。②材料的收缩率线材经熔融挤出后在工作台上快速固化，但若成型材料收缩率大，固化时的体积收缩就会在制品中产生更大的内应力，进而使制品翘曲变形，甚至导致制品开裂，以至成形失败。材料的收缩率是影响制品外形质量最重要的因素之一，FDM工艺要求成型材料的收缩率越小越好。③材料的机械性能丝状进料方式要求料丝具有较好的力学性能，这样在摩擦轮的牵引和驱动力作用下才不会发生断丝和弯曲现象。由于料丝在加热装置内还起到活塞推进作用，为提高其抗失稳性能，料丝必须具有足够的弹性模量。④材料的流动性为将熔融态的丝材从喷嘴中顺利挤出，要求所用材料在熔融态时具有较好的流动性。流动性差的材料产生的阻力大，难以挤出；流动性太好的材料挤出后难以控制，发生流涎，并造成每一次循环的起始与停止时，挤出物料不均匀。
2FDM用高分子材料研究进展
2.1ABS
ABS是目前使用最多、应用最早的高分子打印线材。它综合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的优良性能，具有良好的力学性能，易加工，广泛应用于汽车、纺织、电子电器和建筑等领域[6]。但ABS也存在一些缺点：较大的收缩率，制品易收缩变形，易发生层间剥离及翘曲等现象；耐热变形性较差；打印过程中有异味产生。为改善ABS打印的成型质量，国内外学者在ABS改性方面做了很多工作。
2.1.1国外
M.L.Shofner等[7]用VGCFs（气相生长碳纤维）填充ABS，制备用于FDM工艺的复合材料，研究了填充VGCFs对ABS机械性能的影响。结果表明，加入VGCFs能提高ABS的拉伸强度和模量，但是流动性会变差。美国的Stratasys是世界上最大的3D打印材料公司，它新推出了一款ABS材料ABS–M30i。与标准的StratasysABS相比，ABS–M30i的力学性能有较大的提高，并且层间黏合强度大幅提升，扩大了ABS的应用范围[8]。Stratasys公司的第2代数码ABS2，这种新型材料可通过FDM技术制备薄壁电子器件，且具有良好的热稳定性和尺寸稳定性[9]。美国3DXTech公司利用多壁碳纳米管对纯ABS树脂进行改性，制备出新型FDM用ABS材料——3DXNanoESD，可用于打印汽车、电子器件用关键零件，以及需要静电放电（ESD）保护的器件。
2.1.2国内
仲伟虹等[10]利用短切玻璃纤维对ABS进行改性，研究了短切玻璃纤维含量对ABS机械性能的影响。结果表明，加入短切玻璃纤维，ABS材料的收缩率变小，解决了ABS制品易收缩变形的问题，同时材料强度、硬度大幅提升，但会使材料韧性变差。加入增韧剂和增容剂很好地解决了这一问题，提高了ABS复合材料的韧性，从而使短切玻璃纤维改性的ABS材料适合于FDM工艺。方禄辉等[11]将ABS与热塑材料苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物（SBS）进行熔融共混，制备用于FDM工艺的功能材料，研究了SBS结构及其含量对ABS/SBS共混物各性能的影响。结果表明，加入热塑材料SBS，ABS的流动性明显提高，韧性变好，低频下熔体强度高，对剪切频率依赖变弱，较好地适用于FDM工艺对ABS材料流动性和力学性能的要求。聂富强等[12]发明并公布了一种ABS线材的制备方法。首先将聚丁二烯橡胶剪碎溶在苯乙烯中，然后加入丙烯腈单体和稀释剂后搅拌成均相，再加入引发剂，在一定温度下连续本体聚合后获得可用于FDM工艺的ABS。利用优化后的制备方法成功制备了ABS，且制备的ABS耐热性好、抗冲击强度高。黄旭辉等[13]公开了一种3D打印用ABS材料，材料为核壳结构，核体为改性的ABS材料，壳体为聚砜（PSF）材料。通过将材料制备成核壳结构，材料同时具有ABS的高韧性和PSF的高耐热性和成型收缩率小等优势，取长补短。在ABS材料内添加抗冲击改性剂来增强材料的弯曲强度和压缩强度，改善力学性能；利用小粒度的碳纤维增强材料包裹有机倍半硅氧烷增加材料之间的界面，更好地结合ABS材料与PSF材料，解决了复合材料界面结合力较弱的问题，扩大了ABS材料的使用范围。
2.2聚乳酸
聚乳酸是以玉米或甘蔗为原料，经过发酵制成乳酸，最终转化为聚乳酸[14]。聚乳酸具有良好的光泽性、延展性、降解性、生物相容性，打印的制品硬度好，色彩鲜艳，透明富有光泽，外观细腻，打印过程中不产生难闻气味，是3D打印最好的原材料[15]。聚乳酸的缺点也同样明显，其韧性和抗冲击强度较差，打印制品脆性大，强度较低，尺寸稳定性差，不能抵抗温度变化，当温度超过50℃就会变形，限制了其使用范围[16–18]。为此，国内外学者做了很多工作来改善聚乳酸的性能。
2.2.1国外
D.Drummer等[19]将磷酸钙与聚乳酸复合，通过FDM技术制备组织工程和颌面外科用材料，研究了喷嘴温度对复合材料力学性能的影响。结果表明，喷嘴温度为225℃时，复合材料的模量为3122N/mm2，力学性能最好，而温度为235℃时，所得复合材料具有最低的拉伸强度和断裂伸长率。德国FKuRKunststoff公司与荷兰Helian公司合作，制备出用于FDM的高性能PLA材料，该材料通过加入天然纤维来提高PLA的强度和尺寸稳定性。荷兰Colorfabb公司最近开发出两款新型PLA材料，具有木质效果的WoodFillFine和仿竹子的BambooFill。随后，Colorfabb公司又推出一款独特的PLA线材——具有软木效果的CorkFill。与传统的木材相比，新型纤维增强PLA材料打印的制品外观独特，具有很好的木质效果，并且没有设计限制[20–21]。日本JSR公司推出一系列高性能PLA线材，命名为FABRIAL。此系列产品强度高，韧性好，加工过程中不易折断，制品稳定性好，可用于制造最终产品，有效解决了PLA材料打印制品脆性大、强度较低等问题，扩展了制品的用途。今后该公司将充实产品种类，推出具有特殊性能的产品，以满足多种用途需求[22]。
2.2.2国内
谭志勇等[23]将一种环氧类大分子扩链剂与PLA树脂进行共混，研究扩链剂用量对PLA相对分子质量的影响，以及热处理时间和温度对共混物机械性能和结晶性的影响。结果表明：扩链剂中的环氧基团与PLA中的端羟基、羧基发生反应，PLA的相对分子质量大幅提升；选择合适的条件进行热处理可以使PLA及其共混物结晶，PLA的强度和尺寸稳定性均得到了提高。鄢国强等[24]发明并公布了一种适用于FDM技术的改性聚乳酸复合材料，将PLA、扩链剂、增韧剂、分散剂等经高速混合机混合后，利用挤出机挤出拉丝得到线材。与纯PLA相比，该材料具有良好的柔韧性，同时冲击强度、耐热性和断裂伸长率得到了较大的提高，将该复合材料用于FDM技术，成品具有表面光洁、尺寸稳定等优点。陈庆等人[25]发明并公布了一种FDM工艺用聚乳酸材料及其制备方法。该方法利用低温粉碎混合反应技术改性PLA，改性后的PLA材料机械性能和热变形温度大幅提升，扩大了PLA材料的使用范围。增韧改性后的PLA材料打印温度为200~240℃，打印过程中材料收缩率小，无气味，打印过程流畅，制品尺寸稳定，富有光泽。
2.3聚碳酸酯
PC是一种分子链中含有碳酸酯基的热塑性树脂。它性能优良，是目前使用最多的热塑性工程塑料之一[26–27]。PC几乎具备了工程塑料的所有优良特性，抗冲击性能好、无味、耐高温、抗弯曲、强度高，此外还具有良好的阻燃特性，可用于FDM工艺制备高强度产品[28]。但PC也存在一些缺点：颜色单一，着色性能不理想；PC中含有致癌物质双酚A，在高温下会析出，影响人体健康；价格相对较高；打印温度过高（超过300℃），不适用大多数的桌面3D打印机。
2.3.1国外
Stratasys是世界上第一家推出PC线材的3D打印公司。用该线材生产的产品强度高，耐热性好，最高可耐145℃。随后，Stratasys公司开发了工程材料PC/ABS。PC/ABS同时具有PC的高强度以及ABS的高韧性，力学性能大幅提升，使用该材料配合FORTUS设备制作的产品性能更佳。随后，Stratasys公司又推出了Polycarbonate–ISO（PC–ISO）材料。PC–ISO[29]是FDM技术可采用的材料中强度最高、耐热性最好的生物相容性材料。它通过γ射线、环氧乙烷进行杀菌并且符合ISO10993和美国药典塑料VI级标准，具备PC的所有性能，又具有良好的生物相容性，广泛应用于食品包装行业及医疗器械行业。
2.3.2国内
2014年，广州傲趣电子科技有限公司公布了一种高性能PC线材。此种线材用拜耳公司生产的食品级PC原料制作，可用于FDM工艺。该线材打印过程平台温度为120~150℃，喷嘴温度为255~280℃，流动性好，制品强度高，外观光泽细腻，尺寸精度高，不含双酚A，有效解决了PC材料的致癌问题。2015年，来自上海的3D打印材料制造商Polymaker与先进化学材料开发商Covestro（前身为拜耳材料科技）联手，共同开发出了两款专门针对桌面3D打印机的全新聚碳酸酯3D打印线材——PolymakerPC–Plus和PolymakerPC–Max。这两款线材经过特殊配方已经将打印温度从300~320℃下降到250~270℃，有效解决了PC材料难以用于桌面3D打印机的问题，打印温度的降低同时也减少了在打印过程中出现翘曲或变形的可能性。管国虎等[30]公布了一种FDM用芳香族聚酯材料及其制备方法。该发明首先将芳香族聚酯加入芳香族聚碳酸酯中进行共混改性，然后将共混物加工成细条状，再用适当剂量的电子束辐射使其发生一定程度的交联。该方法保持材料熔融加工性能的同时又达到了本体增强的目的。改性后的材料抗冲击性大大提高，使芳香族聚碳酸酯具有更加广阔的应用。
3展望
FDM技术相对于其他快速成型技术，由于具有成型速度较快，产品性能好、易清洁，后处理简单，设备体积小、易维护等优点，因而将会有更广泛的应用。经国内外学者的共同努力，FDM技术最常用的ABS、PLA和PC材料的性能大大提高，为FDM技术的广泛应用奠定了基础。目前国内有能力生产用于FDM技术的丝材的企业较少，且产品较国外有较大差距。因此，今后应加大对3D打印企业的资金支持，鼓励技术革新，研发高质量产品，缩小与国外的差距，促进我国3D打印产业的发展。
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篇10
[关键词] 纳米粒；载体材料；制备方法
[中图分类号] R460.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）05（b）-0033-04
[Abstract] Nanoparticles is a new technology in the area of pharmaceutics. Its good target and delayed release effect come from it special physico-chemical property， which makes it become the focus in the study area of pharmaceutics. This article reviewed carrier material， the preparation methods and the research progress of nanoparticles， the particles and solid lipid nanoparticles and magnetic lipid nanoparticles. At last the article lookes forward the front review of drug-loading nanoparticles.
[Key words] Nanoparticles； Carrier material； Preparation methods
纳米粒是药物溶解、包裹于高分子材料中形成的粒径在10～100 nm范围内的固体胶体颗粒[1]，根据药物在载体材料中存在的形式，可以分为纳米球和纳米囊。药物溶解于骨架材料中，成型后以细小微粒或结晶分散于骨架材料，形成纳米球，而药物与材料不相混溶时，药物被载体材料包裹，形成纳米囊。
纳米粒10～100 nm范围内的粒径，可以隐藏药物的理化特性，药物在体内的过程依赖于载体的理化特性。普通纳米粒在静注之后，大都会被单核吞噬细胞系统（MPS）摄取，故能被动靶向治疗MPS相关疾病，但对其他系统疾病具有一定的局限性。将普通纳米粒修饰成长循环纳米粒，能够有效减小或避免纳米粒在体内对吞噬细胞的趋向性，或者将普通纳米粒连接上糖基、抗体、配体等，制备成主动靶向的纳米粒，是近年来的研究趋势[2]。本文就载药纳米粒的载体材料、制备方法的研究进展进行综述。
1 载体材料
1.1 生物不可降解型聚合物
此类载体在体内不能降解成可代谢产物，主要有聚丙烯酰胺类和聚甲基丙烯酸烷酯类。以聚丙烯酰胺类生物不可降解材料制备的纳米粒或纳米球，更多的应用于污水处理、造纸及石油钻采等领域[3]。王文喜[4]用聚甲基丙烯酸酯纳米粒作为反义寡核苷酸载体，能改变反义寡核苷酸在细胞内的分布，避免反义寡核苷酸被溶酶体内核酸酶的降解，增加其稳定性。但因此类聚合物在体内无法降解成可代谢产物，故较少采用此类载体材料作为体内制剂使用。
1.2 生物降解型聚合物
生物降解型聚合物包括聚氰基丙烯酸烷酯和聚酯类等化合物。前者主要为聚氰基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯等，其代谢产物为甲醛，对机体有一定的毒性。聚酯类化合物有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乳酸- 羟基乙酸共聚物（PLGA）等，聚酯类的载体，中间代谢产物为乳酸，在体内代谢最终以CO2、H2O的形式排泄，生物相容性更好，在研究和实际应用中更为常用。PLA、PLGA已获美国FDA 批准用于注射用药。用于治疗前列腺癌的曲普瑞林注射剂（Decapepty）即采用PLGA做骨架，制备而成的微球注射剂，每次注射可以在体内缓释30 d。
1.3 天然高分子材料
亲水性聚合物包括明胶、壳聚糖、海藻酸盐、明胶、蛋白等。天然高分子材料较为常用，性质稳定，生物相容性好。明胶可生物降解，抗原性小，较为常用，如蔡梦军等[5]以明胶为载体材料，制备阿霉素明胶纳米粒，得到粒径为100 nm左右，粒径分布均匀且具有缓释效果的纳米粒。
壳聚糖具有较好的生物黏附性、促吸收效应和酶抑制载体作用等特性，使其在生物黏附给药系统、透膜给药系统、靶向给药系统及缓控释制剂的开发中倍受青睐[6]。壳聚糖的结构中含有游离的氨基，呈弱碱性，能与芳香醛或脂肪醛反应生成西佛碱（Schiff's base），可利用此特点进行交联。壳聚糖的生物相容性和生物降解性能都非常优秀，在研究中，较多应用。制成纳米粒后，其生物学性质有所改变，在体内能完全降解且具有一定的缓释效果[7]。
蛋白类常用的有牛或人的血清白蛋白、玉米蛋白、鸡蛋白等，由于蛋白类交联较为容易，故研究中也常用其作为载体材料。白蛋白为内源性物质，研究发现，将其作为载体，可减少巨噬细胞对其吞噬，起到长循环的效果。由美国生命科学（American Bioscience）公司开发的白蛋白结合紫杉醇纳米粒注射混悬液（paclitaxel，ABRAXANE）2005年已经上市[8]，用于治疗转移性乳腺癌联合化疗失败后或辅助化疗6个月内复发的乳腺癌。
1.4 脂质材料
以生物相容性高的高熔点脂质载体材料制备的纳米球称为固体脂质纳米球（solid lipid nanospheres，SLN）。脂质材料包括饱和脂肪酸的甘油酯、硬脂酸、棕榈酸、甾体等。SLN的乳化可用磷脂等来乳化，乳化后，SLN其亲水部分朝向周围的分散介质，疏水部分插入颗粒核心。但SLN对疏水性药物包封效果较好，对水溶性的药物包封效果欠佳[9]。
1.5 磁性材料
目前较为常用的磁性材料是Fe3O4磁粉或磁流体。采用磁性材料制备的纳米粒在外加磁场的作用下发生定向移动，具有较强的靶向性[10]。磁性纳米粒的表面因Fe3O4的存在极易与商品化的硅烷试剂发生反应，使二氧化硅包覆在其表面而成复合纳米粒[11-12]。包覆在表面的二氧化硅层上的硅烷醇基团极易与硅烷试剂发生耦合反应，得到的纳米粒表面含有氨基、醛基等基团可以与多种生物分子发生键合反应。这使得磁性微球可以进一步进行修饰，达到主动靶向的目的。
2 制备方法
2.1 天然高分子载体纳米粒
2.1.1 白蛋白载体
2.1.1.1 超声乳化法 蛋白类载体材料，先将其乳化成大小均匀的乳滴，然后再通过化学或其他方法交联，较易制得微米级的制剂，但纳米级的制剂易受分子大小及纯度的影响，在制备中，1996年Müller等[13]采用超声乳化技术可以得到粒径小于200 nm的白蛋白纳米粒。王恺等[14]采用超声乳化-化学交联法制备丝裂霉素的白蛋白纳米粒，粒径在60～100 nm。此方法主要在于超声的过程可以让乳滴粒径更小，从而交联得到粒径更小的纳米粒。
2.1.1.2 溶剂-非溶剂化法 向白蛋白溶液中加入脱水剂如丙酮、乙醇等，白蛋白分子表面水化膜在脱水剂的作用下作用下被除去变性析出（去溶剂化），再采用化学交联剂或加热变性的方法固化纳米粒。加热的方法较易控制交联的程度，且毒性物质残留较少。如果采用化学交联剂如戊二醛或其他有机溶剂，则需除去残留戊二醛及有机溶剂以保证纯度。Langer等[15]用乙醇作脱水剂，加入到白蛋白溶液中，在NaCl存在条件下调整pH，得到的纳米粒粒径小于300 nm。此法通过pH和盐浓度的调整，白蛋白在远离其等电点时利用带电粒子之间的斥力，可制备粒径较小的纳米粒，相比较用戊二醛交联，毒性更小
2.1.1.3 pH-凝聚法 通过改变体系的pH值，可以使蛋白发生沉淀生成纳米粒。但仅通过改变体系的pH值制备纳米粒，不方便控制纳米粒的粒径。更多的是与盐浓度的调整结合或者加入其他溶剂来控制粒径，得到粒径均匀及外形圆整的纳米粒。Sanhti等[16]通过改变体系的pH、盐浓度，加入化学交联剂体积制备得到粒径为497.6 nm的纳米粒，外形圆整。
以上为较为常见的白蛋白纳米粒的制备方法，简单易行，溶剂残留少，制备效果佳。此外，还有报道采用快速膨胀超临界溶液法、机械研磨法等方法制备白蛋白纳米粒。
快速膨胀超临界溶液法为近10年来发展起来的一项制备超细粒子的新技术，此方法工艺流程简单，所需有机溶剂少，制备的粒子粒径均匀可调整，但产量小，且所需设备及生产调节要求高，故在药物制剂的实际生产和实验中较少报道，而主要见于化工类产品的生产和研究[17]。
机械研磨法是制备水溶性纳米粒的一种方法，将亲水性的大分子（如蛋白质、抗体、抗原、淀粉、环糊精、亲和素、链酶亲和素、聚乙二醇、聚乙烯醇、环芳烃等）与非极性或弱极性有机溶剂中具有特殊荧光性能或磁性的纳米颗粒直接混合，通过机械研磨的方法使亲水性大分子吸附在纳米粒上，待有机试剂完全挥发后，加入水或缓冲溶液溶解，再经过两次离心分离，便可制成纯的水溶性的纳米颗粒[18]。该方法已获得相关专利。
2.1.2 明胶载体
明胶具有良好的乳化性能，而且可以溶于热水，冷却后形成凝胶，利用此特性，可制备纳米球。采用先乳化，然后冷却胶凝的方法，即可制得纳米球。此方法可适用于热敏感药物。赵阳等[19]用乳化凝聚法制得低分子肝素明胶纳米粒，分散性好、粒径在40～100 nm圆形或椭圆形，包封率达80%以上。此方法简单易行，载体价廉易得，所需实验条件容易操作，所得产品质量较好，故见诸较多报道。
2.1.3 壳聚糖载体
2.1.3.1 化学交联法 壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，结构中含有游离的氨基，能与芳香醛或脂肪醛反应生成Schiff's碱，利用此特点可与交联剂如戊二醛等反应来制备纳米粒。在此方法中被结合的氨基失去了靶向修饰的能力。郭英等[20]于采用化学交联法制备阿司匹林壳聚糖微球，制得的微球最小粒径可达到20 nm。制得的载药微球在16 h内对药物有良好的缓释作用，在25 h之内仍存在缓药效。
2.1.3.2 离子胶凝法 此方法通过壳聚糖带正电氨基与阴离子静电作用而发生物理交联反应形成纳米粒，在此过程中，起到阴离子作用的电解质的量直接影响到粒子的交联度，从而影响到粒径的大小、药物的释放[21]。同样，不同脱乙酰度及不同分子量的壳聚糖对纳米粒的药物释放也有影响。何文等[22]通过离子胶凝法制备了的壳聚糖纳米粒，结果表明，随着壳聚糖脱乙酰度的降低，纳米粒Zeta电位降低，粒径增大，药物包封率下降，且体外释药速度加快。
以上两种方法为最为常用的壳聚糖纳米粒制备方法。此外，去溶剂化法、乳化聚合法、液中干燥法也见诸报道，均能制得质量较好的壳聚糖纳米粒。
去溶剂化法又称沉淀析出法。其基本原理是：在高分子材料的水溶液中加入凝聚剂（为强亲水性物质如电解质硫酸钠、硫酸铵、氯化钠等），因水分子与凝聚剂结合，高分子物质的溶解度随之降低，形成分子间氢键，后从溶液中析出形成纳米粒[23]。
乳化聚合法是目前制备纳米粒的最主要方法之一。即利用表面活性剂作用将两种不相溶的溶剂制备成微乳，在微乳滴中经成核聚结团聚热处理后得到纳米粒。乳化聚合的成核机理主要是齐聚物成核与乳胶粒成核，是一种非连续成核的过程，即在乳胶粒生长阶段， 胶粒数目不变， 粒径不断增大。该法适用于在酸性介质中溶解度较大的药物[24]。
液中干燥法即将药物和高分子材料溶于有机溶剂作为油相，加乳化剂与水相制成O/W型乳状液。加热挥发有机溶剂即制得纳米粒。此法适合制备亲脂性药物纳米粒[25]。
2.2 固体脂质纳米粒的制备
2.2.1 纳米乳法
微乳法制备SLN。将熔融的脂质材料中加入乳化剂、药物及附加剂，通过搅拌，制成O/W型微乳，将微乳分散于冷水（2～3℃）中，便可形成SLN分散体系[26]。
2.2.2 高压乳匀法
也称之为熔融-匀化法，即在纳米乳法的基础上，将初乳在70℃以上高压均化，均化的过程使纳米粒粒径更小，更均匀。如杨时成等[27]采用此法制备喜树碱固体脂质纳米粒，初乳80℃通氮气41.4 MPa压力下在高压乳匀机上乳匀5次，得到平均粒径196.8 nm，均匀的纳米粒。
2.2.3 溶剂乳化蒸发法
溶剂乳化蒸发法是将药物和类脂混合物溶于合适的有机溶剂中， 加到含有乳化剂的水相中乳化，然后蒸去有机溶剂，便可形成SLN的稳定分散体系[28]。此方法可以避免药物遇热稳定性发生改变的问题。Zhang等[29]采用此法制得了丙酸倍氯米松-SLN，具有良好的缓释效果。
2.3 磁性纳米粒的制备
2.3.1 乳化聚合法
即在普通的聚合物、天然高分子材料等制备纳米粒的过程中，加入磁性物质，采用乳化聚合法使药物和磁性物质均匀分散在聚合物网状结构中。乳化聚合法根据载体材料的不同，具体的制备方法有所不同，如白蛋白微球通常用乳化-交联固化法或乳化-加热固化法制备；明胶微球可用乳化-交联固化法。通过调整搅拌速度可以控制所得微粒的粒径，得到微球或纳米粒。吴远等[30]采用化学沉淀法制备 Fe3O4超微磁粉，以聚 （5，5-二甲-三亚甲基碳酸酯-共-三亚甲基碳酸酯）为膜材，包裹纳米级Fe3O4磁粉，制备出丝裂霉素-聚碳酸酯磁性微球。该磁性微球具有良好的磁响应性能，体外对肝癌细胞Bel-7402有较强的细胞毒作用，裸鼠人肝癌模型靶向治疗实验显示良好的抑制肿瘤作用。对于肝靶向治疗，显示了很好的研究基础。
2.3.2 二步法
二步法即先制备磁性高分子聚合物微粒，再通过吸附或共价键与药物结合。也可以先制备载药微粒，然后再与磁性物质反应生成磁性纳米粒。石可瑜等[31]采用共沉淀法制备葡聚糖磁性毫微粒，再羧甲基化修饰得羧甲基葡聚糖磁性纳米粒，用高碘酸钠氧化，再与多柔比星药物分子通过Schiff反应偶联制得载药磁性纳米粒。制备的纳米粒直径56 nm，磁导向性能好，能有效定位于靶区，可以起到对肿瘤的定向治疗作用。
3 展望
纳米粒作为一种新型药物载体，其独特的物理化学性质，使之在抗肿瘤制剂的研究中，具有明显的优势。纳米级的粒径，使之能够透过肿瘤组织的血管壁间隙，使载药纳米粒能沉积在肿瘤组织部位，发挥抗肿瘤作用。此外，作为抗生素、抗病毒药物的载体，可以提高药物治疗细胞内细菌感染的作用；作为口服制剂的载体，可以防止药物在胃肠道的失活，提高其稳定性，提高生物利用度；作为黏膜给药的载体，可以延长其在作用部位的时间，提高疗效。在纳米粒上进行糖基、抗体、配体等修饰，又可让其具有主动靶向的作用。其制剂优势非常明显，制备方法研究也很多，但目前实验室研究报道较多，见诸报道的上市产品较少，其原因可能与辅料的安全性、制剂技术的稳定性有关。随着制剂技术和药用辅料的不断发展，纳米粒的研究和应用会有更广阔的空间。
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