生物可降解聚酯早期在成本、材料性能方面與通用合成材料(合成纖維、合成樹脂、合成橡膠)相比并無競爭優(yōu)勢,主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。隨著可持續(xù)發(fā)展理念逐漸被接受,城市化建設(shè)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人們生活水平提高,原料、生產(chǎn)成本大幅度下降,相關(guān)加工技術(shù)快速發(fā)展,近年來生物可降解聚酯正加速發(fā)展,逐漸被廣泛用于“用即棄”領(lǐng)域和醫(yī)療健康領(lǐng)域。
纖維和非織造布
生物可降解聚酯纖維目前從技術(shù)和應(yīng)用角度可分為三大類。
一是用于“用即棄”領(lǐng)域的低成本非織造布,包括醫(yī)療領(lǐng)域防護(hù)服、清潔布、口罩、床墊等;日常生活用衛(wèi)生潔凈產(chǎn)品如擦拭布、面膜、衛(wèi)生巾、紙尿褲等,以及產(chǎn)業(yè)用過濾(空氣、液體等)材料、土工布等。
二是具有降解速度可控、使用性能接近天然紡織品的織造物,包括產(chǎn)業(yè)用單絲、防護(hù)網(wǎng)、購物袋、覆蓋用織物、家居織物、建筑用織物等,只有埋在土里才降解,但不會在日照、雨淋時(shí)失去使用性能。
三是采用復(fù)合紡絲、靜電紡絲等先進(jìn)技術(shù)加工用于黏結(jié)、人體治療、修復(fù)、超級過濾等的人體親和、特殊功能纖維。例如可以促進(jìn)傷口愈合、減少傷口疼痛的醫(yī)用敷料、縫合線、人造皮膚、血液過濾材料等。
薄膜和包裝
目前,生物可降解聚酯比較成熟的應(yīng)用市場是包裝材料,其中采用雙向拉伸方式生產(chǎn)的透明膜多用于食品、保鮮膜、生鮮冷鏈包裝。采用吹膜方式生產(chǎn)的薄膜用于廚余垃圾、家庭垃圾袋以及產(chǎn)業(yè)用的農(nóng)用地膜、封膠帶基材。采用淋膜方式生產(chǎn)的薄膜用于紙基快遞、郵件表面防水處理,采用共混單層多層共擠出方法得到片材,用于吸塑成型容器或折疊式容器盒,例如飲水杯、快餐盒、小型物件吸塑包裝、透明面罩、口罩等。
PLA、PBAT、PBST具有良好的透明性,可吹膜、也可雙向拉伸成膜,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。PGA的阻隔性能優(yōu)異,還可用于食品保鮮、藥品以及濕式化妝用品(例如面膜)的包裝。
注塑成型和3D打印
碳酸鈣、滑石粉、淀粉填充的PBSA、PBST、PBSA、PBS均可采用注塑工藝成型,該方法加工工藝穩(wěn)定可靠,制品成品率高,可以制備一次性刀、叉、勺、牙刷、牙膏管、梳子等“用即棄”日常用品。
日本的綠色科學(xué)聯(lián)盟有限公司用納米纖維素/PLA復(fù)合材料注塑成型制作了餐具樣品。納米纖維由樹木、廢木材、植物和廢紙等天然生物質(zhì)制成,因此成本低廉。復(fù)合材料的重量僅為鋼材的 1/5,但強(qiáng)度是其 5 倍,熱膨脹系數(shù)低,保持了更高的彈性模量。美國NatureWorks公司開發(fā)出專用超臨界氣體微發(fā)泡原料Ingeo?8052D,可用于鮮肉和蔬菜包裝;意大利Coopbox公司利用超臨界CO2制備PLA發(fā)泡餐盒,用于冷鮮食品的包裝。日本三菱汽車公司使用PBS和竹原纖維的復(fù)合材料,用于汽車內(nèi)飾件,竹原纖維可有效提高注塑件的力學(xué)強(qiáng)度。
采用溶劑法所制備出的PLA人體組織工程產(chǎn)品中存在殘余有機(jī)溶劑,對人體具有負(fù)面影響,超臨界發(fā)泡法可制備優(yōu)異的泡孔結(jié)構(gòu),是安全、高效的新方法。
在組織工程中,3D打印支架技術(shù)是一個(gè)正在快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。隨著技術(shù)和生物材料的不斷進(jìn)步,支架的微觀結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,機(jī)械強(qiáng)度和生物活性得到提高。PCL和PLA-PGA(PLGA)是該應(yīng)用的研究熱點(diǎn),兩者的主要優(yōu)點(diǎn)是其降解產(chǎn)物的低生物毒性,在人體中可以完全代謝,因此可用于心臟支架。
生物可降解血管支架特有的可降解性可以避免在人體內(nèi)置入永久性異物,隨著時(shí)間推移,支架可被人體完全降解吸收,除了潛在的生理學(xué)益處之外,還能讓血管逐漸恢復(fù)原狀,這對年輕患者具有更大的益處。2013年,僅我國實(shí)施植入支架手術(shù)的患者超過40萬例,支架的使用量在60萬枚左右,預(yù)計(jì)2023年可達(dá)到100萬枚以上,市場前景廣闊。