Реферат на тему Биологически-разлагаемые полимеры: получение, строение и свойства

Содержание:

Введение. 2

1.
Биоразлагаемые полимеры, полученные из нефтяных ресурсов. 3

2.
Биоразлагаемые полимеры, полученные из возобновляемых ресурсов. 11

Заключение. 21

Список
использованной литературы.. 22

Введение:

Биоразлагаемые материалы
используются в упаковке, сельском хозяйстве, медицине и других областях. В
последние годы наблюдается рост интереса к биоразлагаемым полимерам. Можно
выделить два класса биоразлагаемых полимеров: синтетические и природные.
Существуют полимеры, полученные из сырья, полученного либо из нефтяных ресурсов
(невозобновляемые ресурсы), либо из биологических ресурсов (возобновляемые
ресурсы). В общем, природные полимеры имеют меньше преимуществ, чем
синтетические. В следующем обзоре представлен обзор различных биодеградируемых
полимеров, которые в настоящее время используются, и их свойств, а также новых
разработок в их синтезе и применении.

Те же самые свойства прочности,
которые делают пластик идеальным для многих применений, таких как упаковка,
строительные материалы и товары, а также средства гигиены, могут привести к
проблемам утилизации отходов в случае традиционных пластмасс нефтяного
происхождения, поскольку эти материалы не являются легко биоразлагаемыми и
из-за их устойчивости к микробной деградации они накапливаются в окружающей
среде. Кроме того, в последнее время заметно выросли цены на нефть. Эти факты
помогли стимулировать интерес к биоразлагаемым полимерам и, в частности, к
биоразлагаемым биополимерам. Биоразлагаемые пластмассы и полимеры впервые
появились в 1980-х годах. Существует множество источников биоразлагаемых
пластмасс — от синтетических до природных. Природные полимеры доступны в
больших количествах из возобновляемых источников, в то время как синтетические
полимеры производятся из невозобновляемых нефтяных ресурсов.

Биодеградация происходит под
действием ферментов и/или химического разложения, связанного с живыми
организмами. Это событие происходит в два этапа. Первый-это фрагментация
полимеров на низкомолекулярные виды посредством либо абиотических реакций, то
есть окисления, фотодеградации или гидролиза, либо биотических реакций, то есть
деградации микроорганизмами. За этим следует биоассимиляция фрагментов полимера
микроорганизмами и их минерализация. Способность к биологическому разложению
зависит не только от происхождения полимера, но и от его химической структуры и
условий деградации окружающей среды.

Заключение:

По оценкам, 86% всей пластиковой
упаковки используется только один раз, прежде чем ее выбрасывают, образуя поток
отходов, которые сохраняются в водных путях и на свалках, выделяют загрязняющие
вещества и наносят вред дикой природе.

Обычные полимеры, такие как
полиэтилен и полипропилен, долговечны по своей природе и могут сохраняться в
течение многих лет после утилизации. Они подходят для изделий, требующих
длительного срока службы (например, пластиковые столы и стулья), но кажутся
неподходящими для применений, в которых пластмассы используются в течение
короткого периода времени, а затем утилизируются (Например, упаковочные
изделия).

Кроме того, пластмассы часто
загрязняются пищевыми продуктами и другими биологическими веществами, что
делает физическую переработку этих материалов непрактичной и вообще
нежелательной. В отличие от этого, биоразлагаемые полимеры (БПС) могут быть
утилизированы в подготовленных биоактивных средах, подвергающихся деградации
под действием ферментативных воздействий микроорганизмов (бактерий, водорослей
и грибов)

Их полимерные цепи также могут
быть разрушены неферментативными процессами, такими как химический гидролиз. БП
часто получают из растительной переработки атмосферногоCO2. Биодеградация
превращает их вCO2, CH4, воду, биомассу, гуминовые вещества и другие природные
вещества. Таким образом, БП естественным образом перерабатываются биологическими
процессами

Биоразлагаемые полимеры содержат
полимерные цепи, которые гидролитически или ферментативно расщепляются, в
результате чего образуются растворимые продукты распада. Биодеградируемость
особенно желательна в биомедицинских приложениях, в которых деградация полимера
обеспечивает клиренс из организма и устраняет необходимость в извлечении или
экспланте. Биоразлагаемые полимеры имеют применение в:

Подходы к доставке лекарств с
контролируемым/устойчивым высвобождением

Тканеинженерные
скаффолды Временный протез-имплантат.

Фрагмент текста работы:

1. Биоразлагаемые полимеры,
полученные из нефтяных ресурсов Это синтетические полимеры с
гидролизуемыми функциями, такие как сложный эфир, амид и уретан, или полимеры с
углеродными костями, в которые добавляются добавки, такие как антиоксиданты.
Последние события в этой области были сообщены [7]. Синтез, свойства и
биодеградируемость основных классов и новых семейств синтетических полимеров
обсуждаются ниже.

Большинство обычных полимеров,
полученных из нефтяных ресурсов, устойчивы к деградации. Для облегчения их
биодеградации добавляют добавки. Один из способов деградации полиолефинов
заключается во введении антиоксидантов в полимерные цепи. Антиоксиданты будут реагировать
под УФ, вызывая деградацию путем фотоокисления. Тем не менее,
биодеградируемость таких систем все еще остается спорной. Мы предпочитаем
рассматривать их как оксо-разлагаемые полимеры.

Полиолефины устойчивы к
гидролизу, окислению и биодеградации благодаря фотоинициаторам и стабилизаторам
[8]. Их можно сделать оксо-разлагаемыми с помощью прооксидантных добавок. Эти
добавки основаны на комбинациях металлов, таких как Mn2+/Mn3+. Затем полиолефин
деградирует в результате цепной реакции свободных радикалов. Гидропероксиды
сначала получают, а затем термолизуют или пиролизуют, чтобы дать цепное
расщепление, получая низкомолекулярные продукты окисления с гидрофильными
свойствами, благоприятными для микроорганизмов.

Полимеры с гидролизуемыми
корешками в определенных условиях подвержены биодеградации. Полимеры, которые
были разработаны с этими свойствами, включают полиэфиры, полиамиды, полиуретаны
и полимочевины, полиамиденамины, полиангидриды [9,10].

Алифатические полиэфиры являются
наиболее широко изученным классом биоразлагаемых полимеров из-за их важного
разнообразия и его синтетической универсальности. Можно использовать большое
разнообразие мономеров. Различные пути, ведущие к развитию синтетических
полиэфиров, существуют и были недавно рассмотрены [11]. Поликонденсация
дифункциональных мономеров преимущественно дает низкомолекулярные полимеры.
Полимеризация отверстия кольца предпочтительна, когда требуются
высокомолекулярные полимеры. Большинство биоразлагаемых полиэфиров получают
путем полимеризации с отверстием кольца шестичленных или семичленных лактонов
[12].

Алифатические полиэфиры являются
практически единственными высокомолекулярными биоразлагаемыми соединениями [9]
и, таким образом, были широко исследованы. Их гидролизуемые эфирные связи
делают их биоразлагаемыми. Алифатические полиэфиры можно разделить на два типа
в зависимости от связывания входящих в их состав мономеров. Первый класс
состоит из полигидроксиалканоатов. Это полимеры, синтезированные из
гидроксикислот HO-R-COOH. Примерами могут служить поли(гликолевая кислота) или
поли(молочная кислота). Поли(алкендикарбоксилат)s представляют собой второй
класс. Они получают поликонденсацией диолов и дикарбоновых кислот. Примерами
могут служить поли(бутиленсукцинат) и поли(этиленсукцинат).

Полигликолид (ПГА):
ПГА-простейший линейный алифатический полиэфир. Его получают полимеризацией
циклического лактона, гликолида. Он является высококристаллическим, с
кристалличностью 45-55% и поэтому не растворим в большинстве органических
растворителей. Он имеет высокую температуру плавления (220-225 °C) и
температуру стеклования 35-40 °C [10]. PGA обладает превосходными механическими
свойствами. Тем не менее его биомедицинское применение ограничено его низкой
растворимостью и высокой скоростью разложения, приводящей к образованию кислых
продуктов. В связи с этим были получены сополимеры гликолида с капролактоном,
лактидом или триметиленкарбонатом для медицинских изделий [10,13].

Полилактид (PLA): PLA обычно
получают из поликонденсации D — или L-молочной кислоты или из полимеризации
открытия кольца лактида, циклического димера молочной кислоты. Существуют две
оптические формы: D-лактид и L-лактид. Природный изомер-L-лактид, а
синтетическая смесь-DL-лактид. Были изучены и другие различные синтетические
методы. Они были подробно описаны в [14].

PLA является гидрофобным
полимером благодаря наличию боковых групп –CH3. Он более устойчив к гидролизу,
чем ПГА, из-за стерического экранирующего эффекта метильных боковых групп.
Типичная температура стеклования для репрезентативных коммерческих ПЛА
составляет 63,8 °С, относительное удлинение при разрыве-30,7%, а предел
прочности при растяжении-32,22 МПа [15]. Регулирование физических свойств и
биодеградируемости ПЛА может быть достигнуто применением сомономер — ного
компонента гидроксикислот или рацемизацией D — и L-изомеров [16Из L-лактида
получают полукристаллический полимер (PLLA) (кристалличность около 37%), тогда
как поли(DL-лактид) (PDLLA) является аморфным полимером [17]. Их механические
свойства различны, как и время их деградации [18]. PLLA — это твердый
прозрачный полимер с относительным удлинением при разрыве 85% -105% и пределом
прочности при растяжении 45-70 МПа. Он имеет температуру плавления 170-180 °С и
температуру стеклования 53 °С [19]. PDLLA не имеет температуры плавления и Tg
около 55 °C. Он показывает гораздо меньшую прочность на растяжение [20]. ПЛА
имеет недостатки хрупкости и плохой термостойкости.

PLA можно пластифицировать для
того, чтобы улучшить цепную подвижность и благоволить к своей кристаллизации.
Пластификация осуществляется олигомерной кислотой, цитратным эфиром или
низкомолекулярным полиэтиленгликолем [2].

Высокомолекулярные плазмы
получают путем полимеризации с отверстием кольца. Этот путь позволяет также
контролировать конечные свойства ПЛА путем регулирования пропорций двух
энантиомеров [11]. Другими путями являются полимеризация в расплаве/твердом
состоянии [14], полимеризация в растворе или реакция удлинения цепи [2].
Высокомолекулярная ПЛА обладает лучшими механическими свойствами.

Скорость деградации НОАК зависит
от степени кристалличности. Скорость деградации PLLA очень низкая по сравнению
с PGA, поэтому некоторые сополимеры лактида и гликолида были исследованы в
качестве биорезорбируемых имплантируемых материалов [4]. Биодеградируемость ПЛА
также может быть повышена путем прививки. Привитую сополимеризацию L-лактида на
хитозан проводили полимеризацией кольцевого отверстия с использованием
оловянного катализатора. Температура плавления и термостабильность привитых
полимеров повышаются с увеличением процента прививки. По мере увеличения
содержания лактида деградация привитого полимера уменьшается [5].

Поли(лактид-со-гликолид) (PLGA):
L-лактид и DL-лактид (L) были использованы для сополимеризации с мономерами
гликолевой кислоты (G). Коммерчески разработаны различные соотношения
поли(лактид-со-гликолид). Аморфные полимеры получают при соотношении мономеров
25 Л:75 г. Сополимер с соотношением мономеров 80L:20G является
полукристаллическим. При увеличении отношения мономера L/G скорость деградации
сополимера уменьшается.

Поликапролактон (PCL):
ε-капролактон является относительно дешевым циклическим мономером.
Полукристаллический линейный полимер получают полимеризацией ε-капролактона в
присутствии октоатного катализатора олова [19]. PCL растворим в широком
диапазоне растворителей. Его температура стеклования низкая, около -60 °C, а
температура плавления-60-65 °C. PCL-полужесткий материал при комнатной
температуре, имеет модуль упругости в диапазоне полиэтилена низкой плотности и
полиэтилена высокой плотности, низкую прочность на растяжение 23 МПа и высокое
удлинение до разрыва (более 700%). Благодаря своему низкому Tg PCL часто
используется в качестве компатибилизатора или мягкого блока в полиуретановых
композициях.

Ферменты и грибы легко
биодеградируют PCL [9]. Для повышения скорости деградации было приготовлено
несколько сополимеров с лактидом или гликолидом [10]. PCL выпускается на рынке
под торговыми названиями CAPA® (от Solvay, Бельгия), Tone® (от Union Carbide,
США) или Celgreen® (от Daicel, Япония). Исследованы возможные области
применения в медицине.

Поли(бутилен сукцинат) (PBS) и
его сополимеры: Они относятся к семейству поли(алкендикарбоксилатов). Они
получены в результате реакций поликонденсации гликолей, таких как этиленгликоль
и 1,4-бутандиол, с алифатическими дикарбоновыми кислотами, такими как янтарная
и адипиновая кислоты [7]. Они были изобретены в 1990 году и разработаны Showa
High Polymer (Япония) под торговой маркой Bionolle®. EnPol® это торговое
название того же класса полимеров, коммерциализируемых компанией Ire Chemical
(Корея). Были получены различные поли(алкендикарбоксилаты)s: PBS,
поли(этиленсукцинат) (PES) и сополимер, то есть поли(бутиленсукцинат-ко-адипат)
(PBSA). PBSA получают добавлением адипиновой кислоты. Их молекулярная масса
колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч. Использование
небольшого количества связующих агентов в качестве удлинителей цепей позволяет
увеличить молекулярную массу. Другой сополимер был получен конденсацией
1,2-этилендиола, 1,4-бутандиола с янтарной и адипиновой кислотами компанией SK
Chemicals (Корея) и коммерциализирован под торговой маркой Skygreen®. Торговая
марка Lunare SE® — это еще один алифатический сополиэфир, коммерциализированный
компанией Nippon Shokubai (Япония). Структура этих сополимеров, то есть природа
используемых диацидов и диолов, влияет на их свойства [9], а также на скорость
их биодеградации [7].

PBS – это белый кристаллический
термопластик, имеющий температуру плавления около 90-120 °C. Его температура
стеклования примерно от -45 °С до -10 °С находится между Тгс ПЭ и ПП. О
кристаллизации и плавлении ФБС сообщалось в литературе [3]. Его механические
свойства напоминают свойства полиэтилена или полипропилена. Относительное
удлинение при разрыве составляет около 330%, а предел прочности при
растяжении-330 кг/см2. Кроме того, ПБС обладает хорошей технологичностью,
лучшей, чем у ПЛА и ПГА [2]. Другой полимер с длинной цепной ветвью был
подготовлен для конкретных применений (растянутые выдувные бутылки, а также
пены) [3]. Биодеградация этих трех классов различна в зависимости от физической
среды [3]. Поскольку PBS страдает недостаточной биосовместимостью и
биоактивностью для медицинских применений, для модификации поверхности PBS
использовали модификацию поверхности с помощью плазменной обработки [6].

В случае сополиэфира (PBSA)
прочность полиэстера на растяжение уменьшается с введением вторичного
компонента (адипата), проявляя тенденцию, аналогичную другим физическим
свойствам. PBS-полиэфир с самой высокой прочностью на растяжение, в то время
как сополимеры PBSA (80/20) и PBSA (60/40) показывают улучшенное удлинение [7].

Поли(п-диоксанон) (PPDO): это
хорошо известный алифатический полиэфир, обладающий хорошими физическими
свойствами. Его получают путем вскрытия кольца полимеризацией п-диоксанона.
ППДО является полукристаллическим, с низкой температурой стеклования в
диапазоне от -10 °С до 0 °С. Исследованы свойства ППДО с различной молекулярной
массой [8]. Увеличение молекулярной массы может улучшить термическую стабильность
PPDO. По результатам реологических испытаний ППДО проявляет сдвиговое
истончение. Прочность на растяжение и модуль упругости увеличиваются с
увеличением молекулярной массы. PPDO обладает конечной биодеградацией из-за
связей сложных эфиров в полимерных цепях.

Многие микроорганизмы в природе
могут деградировать PPDO; это хороший материал для общего использования. Тем не
менее PPDO дороже PBS. Новый биоразлагаемый полиэфир был получен путем
удлинения цепи PPDO с PBS [9]. В качестве расширителя цепи использовался
толуолдиизоцианат. Оба полимера имеют хорошую совместимость.

Поликарбонат:
Поли(триметиленкарбонат) (PTMC) получают путем вскрытия кольца полимеризацией
триметиленкарбоната, катализируемой диэтилцинком. Был получен
высокомолекулярный гибкий полимер, но он обладает плохими механическими
характеристиками [4]. Из-за этого свойства его применение ограничено, и
сополимеры используются чаще. Были получены сополимеры с гликолидом и
диоксаноном. Поли(пропиленкарбонат) (ППК) синтезируется путем сополимеризации
оксида пропилена и углекислого газа. Он обладает хорошими свойствами, такими
как совместимость, ударопрочность. Его термическая стабильность и биодеградация
нуждаются в улучшении. Классическим способом является смешивание его с другими
полимерами. Mitsubishi Gas Chemical Co. (Япония) коммерциализирует
сополиэфиркарбонат (PEC), а именно поли[олиго(тетраметилен
сукцинат)-со(тетраметиленкарбонат)]. Содержание карбоната внутри сополимера
изменчиво. Температура плавления PEC составляет около 100-110 °C. Введение
карбоната в ПТМС, вероятно, вызывало нарушение кристаллической структуры, тем
самым снижая температуру его плавления и повышая его восприимчивость к
ферментативным и микробным атакам по сравнению с полиолефинами. Было
подтверждено, что микробиологическая разлагаемость УИК выше, чем у обоих его
компонентов [4].

Был разработан большой
ассортимент полиэфиров или сополиэфиров с алифатическими мономерными звеньями
различных размеров. Тем не менее, механические свойства таких полиэфиров ниже,
чем у не биоразлагаемых полимеров. Кроме того, ароматические полиэфиры
нечувствительны к гидролитической деструкции и ферментативной или микробной
атаке. Для их улучшения были изготовлены алифатико-ароматические сополиэфиры.
Алифатико-ароматические сополиэфиры состоят из смеси алифатических и
ароматических мономеров. Они часто основаны на терефаталовой кислоте. Шайк [3]
представил большой ассортимент алифатико-ароматических сополиэфиров различных
размеров.

Наиболее часто изучаемым
сополиэфиром является поли(бутиленадипат-со-терефталат) (ПБАТ). Его
коммерческие названия-Ecoflex®, подготовленный BASF (Германия), Easter Bio® от
Eastman Chemical (США), Origo-Bi® от Novamont (Италия). Его получают
поликонденсацией между 1,4-бутандиолом и смесью адипиновой и терефталевой
кислот. Проявляет хорошие механические и термические свойства при концентрации
терефталевой кислоты выше 35% моль. Скорость биодеградации быстро уменьшается,
когда концентрация становится выше 55% [4].

В 1997 году компания Dupont (США)
выпустила биоразлагаемую сополиэфирную смолу под названием Biomax®. Это
модифицированная форма поли(этилентерефталата) с высоким содержанием
терефталевой кислоты. Он имеет относительно высокую температуру плавления около
200 °C. Биодеградация Биомакса® сначала начинается с гидролиза. Влага
расщепляет полимеры на мелкие молекулы, которые биоассимилируются и
минерализуются естественными микроорганизмами [6].

Совсем недавно были опубликованы
некоторые исследования различных сополиэфиров, включая терефталевую кислоту и
алифатическую кислоту, используемые в биоразлагаемых алифатических полиэфирах.
Молочная кислота [7], гликолевая кислота [8] или янтарная кислота [9] были
использованы для получения новых биоразлагаемых полимеров реакцией расплава.
Описаны синтез и гидролитическая деградация этих новых полимеров.

Полиамиды содержат тот же амид,
связанный с полипептидами. Тем не менее полиамиды обладают высокой
кристалличностью и сильными цепными взаимодействиями, так что скорость
биодеградации ниже, чем у полипептидов. Ферменты и микроорганизмы могут
деградировать низкомолекулярные олигомеры [9]. Биодеградация может быть усилена
введением различных побочных групп, таких как бензильные, гидроксильные и
метильные группы, например, путем сополимеризации.

Установлено, что сополимеры с
амидными и сложноэфирными группами легко деградируют. Скорость деградации
увеличивается с увеличением содержания эфиров. Алифатические поли(эстерамид)s
синтезированы из 1,6-гександиола, глицина и диацидов с различным количеством
метиленовых групп от 2 до 8 [5]. Все эти полимеры являются
высококристаллическими.

Другая серия была получена из
1,2-этандиола, адипиновой кислоты и аминокислот, в том числе глицина и
фенилаланина [2]. Во всех случаях полимеры демонстрировали высокую
восприимчивость к ферментативной деградации. Скорость деградации можно
контролировать, изменяя соотношение фенилаланин:глицин. Камея — это смесь
поли(эфир-амид) на основе лейцина или фенилаланина.

Bayer (Германия) представила в
1995 году свой первый коммерческий полиэфирный амид под названием Bak 1095®, но
в 2001 году они прекратили производство. Бак 1095® основан на капролактаме,
бутандиоле и адипиновой кислоте. Он обладает механическими и термическими
свойствами, близкими к свойствам полиэтилена [3]. Его характеристиками являются
высокая ударная вязкость и растягивающая деформация при разрыве. Температура
кристаллизации Bak 1095® составляет 66 °C, а температура плавления-125 °C.
Из-за своей низкой скорости кристаллизации Bak 1095® не подходит для литья под
давлением, поэтому другая марка, Bak 2195®, не подходит для литья под
давлением., был запущен в 1997 году. Он был специально разработан для литья под
давлением. Температура его кристаллизации составляет 130 °С, а температура
плавления-175 °С [6].

Полиуретан, уникальный полимерный
материал с широким спектром физико-химических свойств, был широко адаптирован
для удовлетворения самых разнообразных требований современных технологий, таких
как покрытия, клеи, волокна, пены и термопластичные эластомеры [4].

Полиуретаны получают из трех
компонентов: диизоцианата, удлинителя цепи и полиола. Они реагируют, образуя
сегментированный полимер с чередующимися твердым и мягким сегментами. Мягкий
сегмент получают из полиолов, таких как полиэфирполиолы и полиэфирполиолы.
Твердый сегмент образуется из диизоцианата и удлинителя цепи. Биодеградация
полиуретанов зависит от химической природы сегментов.

Деградация может быть
адаптирована путем соответствующего выбора мягкого сегмента. Полиуретаны на
основе полиэфиров устойчивы к биодеградации. Если полиол представляет собой полиэфир,
то полиуретаны легко поддаются биологическому разложению [5]. Используются
биоразлагаемые полиэфиры PCL, PLA и PGA [6]. Предполагается, что скорость
деградации определяется мягкими сегментами, где расположены границы эфиров.
Уретановые границы, расположенные в твердом сегменте, нелегко гидролизуются.

Таким образом, были синтезированы
новые биоразлагаемые поли(сложноэфирные уретаны). Первый состоит из
поли(L-молочная кислота) и поли(бутилен сукцинат) блоков [2]. Он был получен с
помощью цепной реакции расширения дигидроксильных преполимеров PLLA и PBS. В
качестве расширителя цепи использовался толуол-2,4-диизоцианат. Кристаллизация
сополимера была вызвана сегментом PBS. Расширяемость PLLA была в значительной
степени улучшена за счет включения сегмента PBS.

Второй основан на смесях хитин
/1,4-бутан-диол. Первым этапом является синтез форполимера поли(ε-капролактона)
и 4,4-дифенилметандиизоцианата. Форполимер был расширен хитином и
1,4-бутан-диолом. Было использовано различное массовое соотношение двух экстендеров.
При увеличении содержания хитина механические свойства форполимеров улучшались
[5]. Материалы, изготовленные из хитина, имеют привлекательные преимущества,
поскольку присутствие хитина повышает биодеградируемость, что предлагает
применение в медицине.

Влияние природы расширителя цепи
на биодеградируемость было изучено лишь недавно [6]. Введение удлинителя цепи с
гидролизуемым сложноэфирным соединением позволило полиуретановому твердому
сегменту быть разлагаемым.

Однако наиболее распространенные
изоцианаты токсичны, поэтому были использованы алифатические биосовместимые
диизоцианаты. Поли(сложный эфир уретана)s получали реакцией диизоцианата лизина
с полиэфирдиолами на основе лактида или ε-капролактона [6].
1,4-диизоцианатобутан является еще одним биосовместимым диизоцианатом.

Кроме того, благодаря постоянному
снижению затрат и контролю выбросов летучих органических соединений резко
возросла разработка водорастворимых полиуретановых или
поли-(уретано-карбамидных) композиций [63,64]. Полученные водные полиуретановые
материалы обладают многими особенностями, связанными с традиционными
органическими растворителями, с преимуществом низкой вязкости при высоком
молекулярном весе, нетоксичностью и хорошей применимостью [65Они более
экологичны, и их биологическое разложение происходит легче, чем у обычных
полиуретанов. Защита окружающей среды может быть лучше реализована, когда
полиол заменяется возобновляемыми источниками, такими как некоторые
растительные масла, для синтеза переносимых водой уретановых материалов. Был
синтезирован новый водорастворимый полиуретан с использованием полиола на
основе рапсового масла в качестве мягкого сегмента. Использование рапсового
масла в последнее время получило очень широкое распространение, включая
конечные продукты, которые варьируются от маргарина до рафинированного
биодизельного топлива и от экологически чистых смазочных материалов до шрота
для животноводства. Касторовое масло — это еще одно растительное масло, которое
также можно использовать. Получены хорошие механические свойства как при
пределе прочности при растяжении [9,3 Г (±1,5 МПа)], так и при относительном
удлинении при разрыве [520 (±20%)]. Эти водорастворимые полиуретаны были
использованы для модификации пластифицированного крахмала для получения новых биоразлагаемых
материалов с высокими эксплуатационными характеристиками [6]. PCL также
использовался в качестве мягкого сегментного материала для синтеза водного
полиуретана, который использовался для пластификации крахмала [8].

Недавно был опубликован обзор полиангидридов
[6]. Полиангидриды представляют собой интересные биологически разлагаемые
материалы, поскольку они имеют два гидролизуемых участка в повторяющейся
единице. Скорость деградации зависит от полимерной основы. Ароматические
полиангидриды будут медленно разлагаться в течение длительного периода, в то
время как алифатические полиангидриды могут разлагаться в течение нескольких
дней. Исследованы различные пути их получения: конденсация диацидов в расплаве
(или диацидных эфиров); полимеризация ангидридов с открытием кольца; межфазная
конденсация; реакция хлорида диацила с связующими агентами [7].

Алифатические гомо-полиангидриды
имеют ограниченное применение из-за их высокой кристалличности и быстрой
деградации. Это случай поли(себацинового ангидрида). Скорость деградации
полиангидрида можно регулировать путем регулирования гидрофобных и гидрофильных
компонентов в сополимере. Увеличение гидрофобности диацидных строительных
блоков полимеров приводило к более медленной деградации. Сополимеры с гидрофобным
ароматическим сомономером, таким как карбоксифеноксипропан, широко
исследовались в качестве биоматериалов [1]. Продукты их распада нетоксичны и
биосовместимы.

По мере того, как большой ряд
мономеров diacid доступен, полиангидриды с различными связями были начаты. Они
включают эфирные, эфирные и уретановые связи. Для улучшения механических
свойств полиангидридов для конкретных медицинских применений были также
разработаны сополимеры ангидрида с имидом [2]. Были продемонстрированы их
хорошие механические характеристики. Другим подходом является включение
акриловых функциональных групп в мономерную единицу. Это приводит к
фотопересечению полиангидридов. Механическая прочность и скорость деградации
этих сшитых полиангидридов зависят от природы мономерных видов.

Полимеры с углеродными костями,
такие как виниловые полимеры, требуют процесса окисления для биодеградации.
Гидролиз не может произойти.

Виниловые полимеры обычно не
поддаются гидролизу. Для их биодеградации необходим процесс окисления.
Большинство биоразлагаемых виниловых полимеров содержат легкоокисляемую
функциональную группу, и для их окисления или фотоокисления добавляется
катализатор [9].

Поливиниловый спирт широко
используется из-за его растворимости в воде. Он легко поддается биологическому
разложению как микроорганизмами, так и ферментами [3]. Он был разработан
компанией Environmental Polymers (Великобритания) под торговой маркой Depart®.
Включение светочувствительной группы в полимеры в виде кетонов приводит к
образованию поли(енол-кетона). Они легче гидролизуются и разлагаются
биологически, чем поливиниловый спирт.

Полиакрилаты, как правило,
устойчивы к биодеградации [9]. Биодеградируемые сегменты, как пептиды, были
включены в полимерные цепи, приводящие к биодеградируемым полимерам. В области
биомедицинских применений широко используются поли(алкилцианоакрилат)с. Они
получают анионной полимеризацией алкилцианоакриловых мономеров. В качестве
инициатора используется небольшое количество влаги. Эти полимеры быстрее всего
деградируют. Время деградации колеблется от нескольких часов до нескольких
дней. Это зависит от длины алкильного бокового заместителя. Когда алкильная
боковая группа короткая, наблюдается очень быстрая деградация, однако продукты
деградации токсичны. Таким образом, предпочтительными являются полимеры с более
длинным алкильным заместителем [10].

Другие биологически разлагаемые
полимеры были изучены специально для биомедицинских применений, поскольку
каждое из этих применений требует материалов со специфическими свойствами. Сюда
входят поли(орто-эфир)s, поли(пропиленфумарат), поли(аминокислота)s,
полифосфазены и полифосфоэфиры. Они освещены в другом обзоре [10].