淀粉基生物泡沫的制备及其物理性能研究文献综述

 2022-07-25 01:07

关于多孔性泡沫,目前已经有大量的报道,但并非都适用于医用凝血材料。本次研究是通过配方优化使得淀粉基生物泡沫这种潜在的医用凝血材料具备基本的物理与热性能。此外,此材料无毒、可降解也是一大特点。其中,生物降解高分子材料是指在生物或生物化学过程中能降解的高分子材料。它在生物体内经水解、酶解等过程,逐渐降解成低分子量化合物或单体,降解产物能被排出体外或参加体内的正常代谢而消耗掉。可降解塑料不仅要具有优良的使用性能,还要在废弃后能迅速碳循环,不对环境造成污染。因为淀粉在各种环境都能够完全降解,而且淀粉可以降解成水和二氧化碳,不会在土壤或空气中留下有毒的残留物。但是目前在技术上还未解决淀粉填加量超过60%这一难题,因此,在很大程度上制约降解制品的推广应用。淀粉是天然高分子,在自然界中分布极为广泛,是植物细胞合成必不可少的组分,也是碳水化合物贮藏的主要形式。价格低廉且量大,对环境没有任何污染。在飞速发展的时代面前,淀粉这种可循环资源必须要得到充分的利用,因此,我们可以以淀粉为主要基材,通过聚合等方法制成淀粉基泡沫材料。

1.淀粉基生物泡沫研究现状

天然淀粉泡沫:天然淀粉包括玉米淀粉,土豆淀粉,小麦淀粉,蜡质玉米淀粉,高度支化土豆淀粉,木薯淀粉以及西米淀粉等。一般呈粒状,含有不同比例的直链和支链结构。普通淀粉泡沫塑料大都是开孔结构,均匀性差,较脆;而高直链淀粉泡沫塑料则形成闭孔结构,压缩强度较普通淀粉泡沫塑料小,脆性明显降低。

淀粉-合成树脂复合泡沫:⑴与合成树脂共混:各淀粉与聚合物共混挤出,其中包括聚合物A可以与淀粉兼容,B可以与淀粉反应,制得密度为5-13kg/m的泡沫塑料。用淀粉与合成树脂共混,在非离子表面活性剂,增稠剂及填充材料的存在下,由水发泡制备的淀粉泡沫塑料,具有密度小和表面性能优良等特点。⑵与PVA共混:在较低湿度时,88%醇解的PVA强度的提高较大,而在湿度较高时,98%醇解的PVA有较大弯曲强度的分子量的提高而增大。交联剂的加入可以进一步提高耐水性,膨胀的淀粉颗粒镶嵌在PVA中,淀粉在烘焙过程中发生凝胶化,PVA向更高程度的结晶转变。

淀粉基泡沫塑料的成型:⑴挤出发泡:上世纪8O年代末,淀粉挤出发泡成型用于研究淀粉基泡沫塑料以代替聚苯乙烯做松散填充物。其中挤出加工条件、淀粉的组成、发泡剂及湿含量等对淀粉在挤出机中的发泡行为有很大影响。⑵烘焙发泡:淀粉的烘焙发泡成型工艺是淀粉与助剂、发泡剂的混合物在烘焙模型中加热发泡的成型方法。烘焙时一般要加入硬脂酸、瓜尔胶等脱模剂,使制品易于脱模同样,淀粉的组成及加工、发泡条件对淀粉发泡成型也有很大影响。

2.淀粉基生物泡沫复合材料制备及物理性能研究的概述

淀粉基生物泡沫制备:以淀粉,壳聚糖溶液混合,通过微波膨胀法制出样条,以备测试。材料制成后,需要测试其物理性能是否符合要求。我们可以用电子万能试验机来测试淀粉基生物泡沫复合材料的物理性能,主要测试它的密度,吸水膨胀率,抗压强度,缓冲性能等。分析PVA对淀粉基生物泡沫物理性能的影响,并分析水—甘油的增塑作用对材料物理性能是否有影响。

由于聚苯乙烯泡沫塑料能耐 80~90 ℃高温、耐酸碱 ,且具有低吸水性及较好的耐候性 ,故其在自然环境中具有稳定的性能 ,不容易被自然界中的微生物所降解。加之 ,现在全世界石油资源的紧张引起了原料价格的不断上涨 ,开发人工高分子泡沫塑料已经成为强弩之末 ,没有多大的空间。未来的发泡材料方向必然走向天然、降解及环保的道路。近年来 ,科研人员广泛开展了诸如淀粉基发泡材料技术的研究 ,取得了很大的突破 ,具有相当的优势。目前,发泡机理还处于研究阶段,淀粉的发泡过程是一个非常复杂的过程 ,要实现真正控制它们的发泡行为 ,还需不断探索研究淀粉发泡的基础理论。同时,淀粉的发泡倍率也不是很高在淀粉发泡中 ,由于淀粉主要来源于粮食生产中 ,如果大规模地生产淀粉泡沫塑料 ,必然会消耗大量粮食用以生产淀粉。

生物降解材料的降解机理,是人们正确、合理应用降解材料的理论基础,指导人们对材料降解性能进行操控和开发新型降解材料,同时是人们对材料生物相容性及安全性进行评价的基本依据。现在,对降解机理的研究更多的是停留在材料化学降解作用上,对于生物降解作用机制的研究还比较欠缺,这一方面是因为材料的生物降解过程相对较为复杂,目前对材料生物降解过程中的降解产物,对参与降解过程的生物活性物质还只是以定性为主缺少定量的分析,对生物活性物质与材料微观结构间作用缺乏深入的研究:另一方面由于对生物降解过程难以进行体外模拟,而体内实验受到干扰因素多,研究难度大,受实验、检测手段和器材所限,难以对体内降解过程进行连续的观察、研究、难以得到精确定量实验结果。近年来,大量的高新技术被应用于材料降解机理的研究,其中同位素标记、质谱技术、色谱技术、利用放射影像学技术测定生物大分子的结构等新技术、新方法的使用已取得了令人满意的成果,将来会有更多的新技术、新手段在降解机制研究这一领域中出现,材料降解机理的研究将向着定量化、分子水平化的方向发展。
3.展望

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