聚氨基酸改性聚丁二酸丁二醇酯制备新型可降解生物高分子

摘要

随着白色污染日益严重，环保材料越来越受到人们的重视，在未来不久生物降解材料将会取代更多石油基合成材料。在生物降解材料中，脂肪族聚酯由于具有良好的生物降解性及生物相容性成为研究热点，其中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是熔点较高的典型半晶质热塑性材料，具有优越的降解性能、加工性能及热性能。但是由于PBS结构规整，结晶度高，降解速率缓慢，并且高度疏水缺乏生物相容性，因而难以满足各种需求。至今为止基于PBS理论及应用方面的研究报道很多，包括PBS及共聚酯的合成、热性能、降解性能、结晶性能的研究，但针对PBS与氨基酸研究却很少，聚α-氨基酸具有很好的生物相容性、无毒、低的环境冲击性及完全生物降解性，通过氨基酸改性PBS既可保持材料良好加工性能及热性能又可改善PBS生物相容性及降解性，是提高PBS性能的一个良好途径。
　　 本文通过化学共聚及物理共混的方法结合了PBS和聚α-氨基酸两种材料的优势制备新型的生物降解材料。首先通过溶液聚合法合成低聚缬氨酸(OVL)，再进行熔融共聚制备一系列聚丁二酸丁二醇酯-co-聚缬氨酸共聚酯(PBSVAL)，并通过凝胶渗透色谱(GPC)测出共聚酯的分子量。研究得出，所有的共聚酯热稳定性能优于纯PBS，并且缬氨酸(VAL)的加入降低了共聚酯的结晶温度、熔融温度，但熔融焓、结晶焓却随着VAL含量增加而增加。共聚酯的晶体构型类似于纯PBS，说明缬氨酸的加入并没有改变PBS的晶体构型，但共聚酯的结晶度随着缬氨酸含量的增加而增大了。从降解实验中可得出，共聚酯的降解速率低于纯PBS，这是因为共聚酯的结晶度升高的原因，虽然VAL的加入没有降低PBS的结晶度但也证明了并不是所有PBS共聚材料都可以降低PBS的结晶度，提高PBS生物降解能力。
　　 由于合成的PBSVAL共聚酯没有降低PBS的结晶度，在此又通过溶液共混的方法制备了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚（N-苄氧羰基赖氨酸）(PZlys)复合材料。从广角X-射线衍射(WXRD)的结果可以看出，PBS和PZlys组分在复合材料中是相互独立的，PZlys的加入并没有改变PBS组分的晶体构型，但随着PZlys含量的增加PBS的衍射峰逐渐降低，这是由于PZlys非晶部分限制了PBS的结晶，使得复合材料的结晶度随PZlys含量的增加而降低。降解实验研究得出PZlys的加入大大提高了PBS的降解性能，并且PBS/PZlys复合材料的降解速率随着PZlys含量的增加而提高。复合材料加入PZlys韧性增强了，可看出PZlys对PBS起了增塑作用，弥补了纯PBS脆性较大这一弱点，从研究结果可得出PBS/PZlys复合材料是一类性能优越的生物复合材料。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前沿

1．2 生物降解高分子

1．2．1 生物降解高分子的定义

1．2．2 生物可降解材料的分类

1．2．3 降解性能的评价方式

1．2．4 生物降解材料的应用

1．3 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

1．3．1 PBS的性能及原料来源

1．3．2 PBS及共聚酯的合成

1．3．3 PBS的改性方法

1．4 聚氨基酸

1．4．1 氨基酸简介

1．4．2 聚氨基酸的概述

1．4．3 聚氨基酸的合成方法

1．4．4 聚α-氨基酸共聚物的研究

1．5 课题提出的意义

第2章 聚丁二酸丁二醇酯与低聚缬氨酸熔融缩聚合成共聚酯及性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料及试剂

2．2．2 主要实验仪器

2．2．3 酶降解实验

2．2．4 合成与制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 PBSVAL共聚酯的结构表征

2．3．2 PBSVAL共聚酯的热性能

2．3．3 PBSVAL共聚酯的结晶性能

2．3．4 PBSVAL共聚酯的力学性能

2．3．5 PBSVAL共聚酯的酶降解性能

2．4 结论

第3章 聚丁二酸丁二醇酯／聚(N-苄氧羰基赖氨酸)生物复合材料的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料及试剂

3．2．2 主要实验仪器

3．2．3 酶降解实验

3．2．4 合成与制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 PBS／PZlys复合材料的力学性能

3．3．2 PBS／PZlys复合材料的热性能

3．3．3 PBS／PZlys复合材料的结晶性能

3．3．4 PBS／PZlys复合材料的降解性能

3．4 结论

第4章 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果