《天然高分子基新材料》丛书·"十二五"国家重点图书:聚乳酸.pdf

《天然高分子基新材料》丛书·
 

书籍描述

内容简介
本书为《天然高分子基新材料》丛书之一,全面系统地论述了聚乳酸的合成、结构、性能、改性技术、成型加工技术和实际应用情况,既回顾了乳酸和聚乳酸的发现和发展史,阐述了聚乳酸研究的最新进展和当前热点,也展望了聚乳酸材料在生产和应用中的发展方向。本书内容包含了乳酸、丙交酯和聚乳酸合成制备中的基本理论和技术,聚乳酸的化学、凝聚态和晶体结构的基本知识,以及聚乳酸的力学、流变和降解性能,汇总了聚乳酸在改性和加工方面的各种最新技术和进展,并涉及聚乳酸在生物医学领域、通用的纺织和包装材料等诸多领域的实际应用。
本书不仅适合从事生物基高分子材料及其相关领域的科技人员、教师和研究生阅读,也适合用作研究生、大专院校学生的专业教材。

编辑推荐
本书为《天然高分子基新材料》丛书之一,全面系统地论述了聚乳酸的合成、结构、性能、改性技术、成型加工技术和实际应用情况,既回顾了乳酸和聚乳酸的发现和发展史,阐述了聚乳酸研究的最新进展和当前热点,也展望了聚乳酸材料在生产和应用中的发展方向。本书内容包含了乳酸、丙交酯和聚乳酸合成制备中的基本理论和技术,聚乳酸的化学、凝聚态和晶体结构的基本知识,以及聚乳酸的力学、流变和降解性能,汇总了聚乳酸在改性和加工方面的各种最新技术和进展,并涉及到聚乳酸在高值的生物医学领域、通用的纺织和包装材料等诸多领域的实际应用。
本书适合生物基高分子材料及其相关领域的科技人员、教师和研究生阅读,也适合用作研究生、大专院校学生的专业教材。

作者简介
任杰 教授、博士生导师
现任同济大学材料科学与工程学院纳米与生物高分子材料研究所所长、教授、博士生导师,同时担任中国材料研究学会理事、国家标委会生物基材料及降解制品标准化技术委员会(SAC/TC380)委员、中国塑协降解塑料专业委员会副理事长、上海市新材料协会降解材料专业委员会主任、上海市政府新材料领域预见专家等学术和社会职务。2000年入选上海市青年科技启明星,2004年入选上海市青年科技启明星跟踪计划,2005年入选教育部新世纪优秀人才,2006年荣获“上海市职工科技创新标兵”称号,2007年入选上海市优秀学科带头人。
长期从事生物可降解高分子材料——聚乳酸的制备、改性、力口工与应用研究工作。在该领域承担和完成了国家“863”计划专项、国家发改委“生物质工程”专项、上海市重大基础研究项目、上海市首批“科教兴市”重大科技产业化专项、国内外知名企业(美国Boeing公司、上海汽车总公司等)
委托开发的聚乳酸应用等科研项目。曾主编中英文专著、教材共3部,其中由德国Springer出版的Biodegradble Poly(lactic acid)专著进入2012年Spinger电子书下载排行榜前25%;在本领域的国内外学术刊物上发表论文200余篇,其中SCI论文100余篇,论文被他引超过1000次,H指数21。已申请国内外发明专利100余项,其中获中国发明专利授权80余项,获美国、欧洲发明专利授权各1项。作为项目负责人,2002年获上海市科技进步三等奖,2005年获上海市科技进步二等奖。

目录
第1章 绪论001
1.1 乳酸的发展历史002
1.1.1 乳酸的发现与历史002
1.1.2 乳酸的生产技术004
1.1.3 乳酸的生产企业与市场规模005
1.1.4 乳酸的应用领域006
1.2 聚乳酸科学的发展历史007
1.3 聚乳酸的研究开发与工业化进程008
1.4 聚乳酸的应用与前景展望010
1.4.1 聚乳酸在生物医用领域的应用010
1.4.2 聚乳酸在包装领域的应用011
1.4.3 聚乳酸在汽车行业中的应用011
1.4.4 聚乳酸在电子行业中的应用011
1.4.5 聚乳酸的功能化与高性能化012
1.4.6 聚乳酸的前景展望012
参考文献013
第2章 乳酸和丙交酯015
2.1 乳酸016
2.1.1 乳酸的原料016
2.1.2 乳酸的物理性质017
2.1.3 乳酸的化学性质017
2.1.4 发酵法制备乳酸018
2.1.5 乳酸的提纯020
2.1.6 乳酸的质量指标021
2.2 丙交酯022
2.2.1 丙交酯的物理性质022
2.2.2 丙交酯的制备023
2.2.3 丙交酯的纯化025
2.2.4 聚合级丙交酯质量指标的影响因素026
参考文献029
第3章 聚乳酸的合成制备031
3.1 聚乳酸的合成制备方法与工业生产032
3.1.1 缩聚法制备032
3.1.2 扩链法制备034
3.1.3 开环聚合制备035
3.1.4 聚乳酸的产业化现状037
3.2 聚乳酸共聚物的合成039
3.2.1 聚乳酸线型共聚物040
3.2.2 聚乳酸非线型共聚物045
3.3 聚乳酸立构复合物054
3.3.1 聚乳酸立构复合物的合成制备056
3.3.2 聚乳酸立构复合物的性能059
3.3.3 聚乳酸立构复合物的应用060
3.3.4 聚乳酸立构复合物的研究新进展061
3.4 聚乳酸基热塑性弹性体的制备063
3.4.1 丙交酯开环聚合法制备063
3.4.2 乳酸直接缩聚法制备065
3.5 聚乳酸基热固性聚合物的制备067
3.5.1 丙交酯开环聚合法制备068
3.5.2 乳酸直接缩聚法制备070
3.5.3 热固性聚合物的应用前景070
参考文献071
第4章 聚乳酸的结构075
4.1 聚乳酸的化学结构076
4.2 聚乳酸的聚集态结构077
4.2.1 分子间作用力077
4.2.2 内聚能密度078
4.2.3 晶态高聚物的结晶形态078
4.3 聚乳酸的晶体结构080
4.3.1 聚乳酸的结晶性能080
4.3.2 聚乳酸的晶胞结构080
4.3.3 晶体性能分析方法081
4.4 聚乳酸的结晶取向082
4.4.1 聚乳酸的流动结晶取向082
4.4.2 聚乳酸的拉伸结晶取向083
4.5 结晶动力学模型084
4.6 PLLA的结晶085
4.7 PLLA共混体系的结晶086
4.7.1 PLLA完全生物降解共混体系086
4.7.2 PLLA部分生物降解共混体系088
4.8 PLLA共聚体系的结晶089
4.8.1 PLLA无规共聚物的结晶090
4.8.2 PLLA嵌段共聚物的结晶090
4.8.3 PBLA三嵌段共聚物的相态结构091
4.9 PLLA星形体系的结晶093
4.10 PLLA的结晶成核剂和促进剂096
参考文献099
第5章 聚乳酸的性能103
5.1 聚乳酸的物理及力学性能104
5.1.1 聚乳酸的力学性能104
5.1.2 分子量对聚乳酸力学性能的影响105
5.1.3 温度对聚乳酸力学性能的影响107
5.1.4 水分对聚乳酸力学性能的影响108
5.1.5 退火和取向对聚乳酸力学性能的影响109
5.2 聚乳酸的流变性能110
5.2.1 聚乳酸特性黏度与分子量的关系110
5.2.2 聚乳酸的熔体黏度111
5.2.3 聚乳酸熔纺过程中的流变学行为114
5.3 聚乳酸的降解性能116
5.3.1 水解降解117
5.3.2 热降解124
5.3.3 光降解和辐射降解131
5.3.4 酶促降解135
5.3.5 微生物降解及降解酶137
参考文献141
第6章 聚乳酸的改性145
6.1 PLA/生物降解聚合物共混146
6.1.1 PLA/淀粉共混146
6.1.2 PLA/聚e—己内酯共混148
6.1.3 PLA/壳聚糖共混149
6.1.4 PLA/PHA共混150
6.1.5 PLA/聚酸酐类共混151
6.1.6 PLA/脂肪族聚酯和共聚酯共混151
6.1.7 PLA/脂肪族—芳香族共聚酯共混152
6.2 PLA的增塑153
6.3 PLA基填充及复合材料154
6.3.1 天然纤维增强聚乳酸复合材料154
6.3.2 合成纤维增强聚乳酸复合材料158
6.3.3 天然纤维表面处理和改性158
6.4 PLA基纳米复合材料159
6.4.1 黏土基PLA纳米复合材料160
6.4.2 碳纳米管基PLA纳米复合材料164
6.4.3 其他各种纳米粒子基PLA纳米复合材料165
6.4.4 PLA基纳米复合材料的性能165
6.4.5 可能的应用和未来的前景165
6.5 PLA的阻燃166
6.5.1 卤系阻燃改性166
6.5.2 磷系阻燃改性166
6.5.3 氮系阻燃剂167
6.5.4 硅系阻燃改性167
6.5.5 膨胀型阻燃体系阻燃 PLA167
6.5.6 金属化合物阻燃改性168
6.5.7 多种阻燃成分复配阻燃改性168
6.6 其他改性方法168
6.6.1 辐照技术对PLA的改性168
6.6.2 封端技术170
参考文献172
第7章 聚乳酸塑料与纤维的成型加工175
7.1 聚乳酸塑料的加工176
7.1.1 干燥176
7.1.2 挤出177
7.1.3 注射成型178
7.1.4 流延膜179
7.1.5 拉伸吹塑成型182
7.1.6 挤出吹塑薄膜184
7.1.7 热成型186
7.2 聚乳酸纤维的纺丝187
7.2.1 聚乳酸纤维概述187
7.2.2 熔体纺丝189
7.2.3 熔体纺丝过程中的结构变化193
7.2.4 拉伸过程中的结构变化194
7.2.5 卷曲和热定型工艺196
7.2.6 冷却固化196
7.3 PLLA的溶液纺丝197
7.3.1 PLLA的干法纺丝197
7.3.2 PLLA的湿法纺丝199
7.3.3 PLLA的干湿法纺丝200
7.4 PLLA的静电纺丝201
7.4.1 PLLA溶液静电纺丝201
7.4.2 PLLA熔体静电纺丝204
7.4.3 PLLA激光熔体静电纺丝205
7.5 聚乳酸长丝的加工205
7.5.1 聚乳酸长丝的特点205
7.5.2 聚乳酸长丝的分类206
7.5.3 聚乳酸长丝的后加工工艺206
7.5.4 聚乳酸长丝后加工结构控制技术207
7.5.5 聚乳酸长丝的后加工技术210
7.6 聚乳酸短纤维纱线的加工213
7.6.1 聚乳酸短纤维的可纺性能和特点213
7.6.2 聚乳酸短纤维的纯纺214
7.6.3 聚乳酸短纤维的混纺217
7.6.4 聚乳酸纤维的新型纺纱218
7.7 聚乳酸纤维的性能及鉴别220
7.7.1 聚乳酸纤维的性能220
7.7.2 聚乳酸纤维的鉴别223
7.8 聚乳酸纤维的染色225
7.8.1 分散染料的选择225
7.8.2 染色工艺的影响226
7.8.3 聚乳酸纤维还原染料染色226
参考文献227
第8章 聚乳酸在生物医学领域的应用231
8.1 聚乳酸纤维232
8.1.1 可吸收手术缝合线232
8.1.2 韧带与肌腱修复材料234
8.1.3 自膨胀管状支架235
8.2 聚乳酸膜与网状材料236
8.3 聚乳酸骨科内固定材料237
8.3.1 骨钉、螺钉、髓内钉和微型骨板等239
8.3.2 异型板240
8.4 聚乳酸组织工程支架241
8.4.1 组织工程支架材料应具备的条件242
8.4.2 聚乳酸支架材料的表面修饰242
8.4.3 聚乳酸支架材料仿生化244
8.4.4 聚乳酸组织工程支架的制备方法245
8.4.5 聚乳酸在组织工程支架中的应用248
8.4.6 聚乳酸在组织工程应用中的展望253
8.5 聚乳酸体内填充材料253
8.5.1 牙齿修复253
8.5.2 眼科材料254
8.5.3 面部填充材料255
8.6 聚乳酸类微球255
8.6.1 聚乳酸类微球的制备方法255
8.6.2 聚乳酸类微球作为药物缓释制剂的应用259
8.6.3 聚乳酸类微球作为栓塞微球的应用262
8.7 聚乳酸纳米药物载体265
8.7.1 非环境响应型PLA基药物载体265
8.7.2 PLA基的环境响应型药物载体272
8.7.3 PLA基有机/无机复合载体279
8.8 聚乳酸基因载体285
8.8.1 静电作用体系288
8.8.2 物理包埋体系289
8.9 结论与展望291
参考文献291
第9章 聚乳酸在非生物医学领域的应用297
9.1 聚乳酸纤维制品的应用298
9.1.1 服装用纺织品298
9.1.2 家用纺织品298
9.1.3 产业用纺织品298
9.1.4 其他领域298
9.2 针织物299
9.2.1 聚乳酸干爽导湿针织运动面料299
9.2.2 聚乳酸舒适亲和内衣面料301
9.2.3 聚乳酸经编运动服面料301
9.3 聚乳酸在非织造布中的应用302
9.3.1 非织造布的定义、分类及用途302
9.3.2 聚乳酸纤维干法成网非织造布303
9.3.3 聚乳酸纺丝成网非织造布307
9.3.4 聚乳酸熔喷非织造布309
9.4 聚乳酸在包装材料中的应用310
9.4.1 薄膜312
9.4.2 片材315
9.5 聚乳酸作为包装材料的进一步改进316
9.5.1 降解的可控性研究316
9.5.2 增韧改性研究317
9.5.3 无毒催化剂的研究317
9.6 其他商业应用318
9.7 结论与展望318
参考文献319

文摘
版权页:



(2)温度反应速率会随着温度的升高而增大,在高温时,丙交酯的蒸气压也会增大,外消旋作用的反应速率也会随着温度增大而增加。
(3)外消旋作用 在生产立体单一的丙交酯中,其他乳酸对映体和内消旋丙交酯是作为反应体系的杂质而需要移除的。高压、长时间反应、高效催化剂都会导致外消旋速率的增加。温度和催化剂也会影响丙交酯生成的速率,将使控制外消旋的速率变得很复杂。
(4)喂料的分子量分布 分子量分布有两方面的影响:①低的分子量分布会含有更多的乳酸单体,这些单体会在低于丙交酯的沸点下沸腾,这会污染从反应器中得到的粗丙交酯,且在催化剂存在下,分子量分布为3的丙交酯也会释放乳酸单体,导致丙交酯中含有更多的酸体;②高分子量分布的物料可以使产物具有很高的分子量分布和黏性。Benson等人讨论了在丙交酯的合成阶段预聚体的分子量分布对内消旋丙交酯的影响,增加喂料的分子量分布可以明显减少粗丙交酯中乳酸的浓度。但是此过程存在缺点,即内消旋丙交酯的浓度也会随着喂料分子量分布的增加显著增加。
(5)杂质 某些金属阳离子像钠和钾会增加外消旋作用的可能性,其他的金属(铝、铁)在酯交换反应中是催化活性的,导致其他的聚交酯的形成。一些专利讨论了在反应过程中存在的杂质酯的影响,酯的存在使低聚物转化成丙交酯反应的不完全,得到的乳酸低聚物的构成跟纯聚乳酸是不同的。
合成时,不同的文献使用的反应器的类型有以下不同:
①具有不同类型搅拌器的搅拌槽反应器,在实验室中反应器采用夹套加热;
②搅拌反应器,在反应器顶部有蒸馏的区域用来分离产物;
③薄膜旋转仪脱水器,在实验的范围内有80%的转化率;
④水平式薄膜旋转仪,Kamikawa等人发表的专利中,使用了水平式薄膜旋转仪,在此模型中,混合物的反应时间可以控制,其中有个圆锥用来输送有黏性的剩余产物;
⑤精馏柱,在O’Brien发表的专利中,使用的是带有孔洞的板,描述了不同加热阶段的情况,在实验中用一个托盘把分子量分布在10左右的物料喂到顶部,使用N2来移除液体中的丙交酯,在不同的反应时间转化率不同,在210~215℃时转化率可以高达93%。在其他的专利中,N2是作为脱模剂,但是在大规模的生产时,使用真空系统比使用大量的惰性气体节省。
以上的讨论得出,一方面,丙交酯合成是简单易操作的,在低压下,制成预聚体,在热催化的解聚反应时释放丙交酯;另一方面,规模上从实验室到可行的大规模生产立体化学纯化高、产量高的丙交酯是很困难的。

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