1松香改性聚丙烯酸酯材料
丙烯酸酯聚合物是一类重要的高分子材料，广泛应用于包装、粘合、涂料等工业中。松香基衍生物改性聚丙烯酸酯类反应的研究已经取得了很大的进展。
Lee等以马来海松酸和富马海松酸为原料，经过酰氯化，再与带羟基官能团的丙烯酸酯进行酯化反应合成一系列的含有丙烯酸酯基的松香改性高分子聚合材料，结果发现聚合物的耐热性和耐溶剂性能都有大幅度的提高。而利用松香及其衍生物的乳液和丙烯酸酯乳液进行共混改性也已经取得进展，李明等用松香乳液和聚丙烯酸酯乳液共混，随着丙烯酸酯乳液的增加，松香树脂的软化点逐渐升高，胶黏剂的快黏力不变，持黏力升高。华南理工大学的陈平旭等采用半连续种子乳液聚合法制备了聚丙烯酸酯/聚合松香混合乳液，分析表明松香改性丙烯酸酯得到的高分子材料具有良好的兼容性和热稳定性；另外，中国林科院林明涛等采用细乳液聚合法共聚得到歧化松香-丙烯酸酯复合高分子乳液，利用松香改性制备的高分子材料的高软化点克服了产品原来贮存稳定性差和应用性能不稳定等缺陷。
2松香改性醇酸树脂高分子材料
醇酸树脂是由多元醇、多元酸与脂肪酸制成的聚酯，主要应用在涂料领域。近年来，松香改性醇酸树脂生产松香基醇酸树脂高分子材料的研究逐渐升温，利用松香改性醇酸树脂后的产品具有附着力强，漆膜光泽与硬度高的优点。
山西应化所的马国章等用松香作为原料和亚麻油季戊四醇等在氢氧化锂催化下进行醇解后与对辛基酚醛与甲醛在碱性65～70℃条件缩合制备松香改性醇酸树脂高分子材料，软化点可达到150℃。南京工业大学的陶波等用马来海松酸酐、植物油等与丙烯酸预聚物通过单甘油酯法合成了松香改性丙烯酸基醇酸树脂，经测定软化点为145～170℃，且具有干燥时间短、硬度强、耐冲击性等优点。
柠檬酸改性合成松香改性醇酸树脂类高分子材料，制成品的化点高于150℃，具有优良的黏附力及优异的光泽、硬度和干燥性能。采用植物油及其脂肪酸改性醇酸树脂，存在漆膜干燥速度慢、硬度低、耐水性差、耐候性不佳等缺点。利用松香丙烯酸或马来酸酐的加成产物来代替苯酐与多元醇反应制备松香基醇酸树脂，可改善醇酸树脂漆膜性能。
3其它类型的松香改性高分子材料
松香不仅在改性酚醛、聚氨酯、聚丙烯酸酯和醇酸树脂高分子化合物有广泛的研究应用，松香改性环氧树脂、聚酰胺和聚酰亚胺类树脂等高分子材料的研究也具有重要应用价值。
中科院纤维素重点实验室的邓莲丽等制备了松香-乙二醇二缩水甘油醚（AR-EGDE）改性聚甲基苯基硅氧烷（PMPS），两者充分混合反应后得到松香改性环氧树脂材料，具有很好的阻燃特性。Roy等首先利用松香酸与丙烯酸的D-A加成反应来制备松香二酸（APA），同时为了降低松香二酸叔碳上羧基的活化能，又将松香二酸酰氯化，再与己二胺反应合成松香改性聚酰胺材料，这种无定形的高分子材料具有相当好的热稳定性，并且只溶于高极性溶剂中，结晶性较差。日本九州大学的HirooTanaka等制备出了可以提高施胶能力的松香改性聚-N-乙烯基甲酰胺施胶剂。Maiti等采用马来松香与二元胺的摩尔比为2∶1，再加入过量的二元醇反应，减压蒸馏后将未反应的二元醇除去，获得松香改性聚酯酰亚胺树脂。
关键词：磁性高分子聚合物；吸附；重金属
1磁性高分子聚合物l展现状
1.1磁性高分子聚合物的合成方法
复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂，均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型磁性高分子材料根据磁性填料的不同可以分为：铁氧体类、稀土类和磁性高分子聚合物晶磁粒类。根据不同方向上的磁性能的差异，又可以分为各向同性和各向异性磁性高分子材料。能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性聚合物薄膜等。复合型磁性高分子材料中的磁性无机物主要是铁氧体类磁粉和稀土类磁粉。稀土永磁材料是近年来备受关注的磁性材料，其粘结磁体的磁性可超过烧结铁氧体及其他金属合金，从第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系，发展非常迅速。目前我国的NdFeB产量居世界前列，质量逐步提高，并且已有一些自己的专利技术。20世纪90年代以后，又出现了新型稀土磁性材料，如稀土金属间化合物，稀土永磁材料及磁性高分子聚合物及纳米晶复合交换耦合永磁材料等。
稀土磁粉出现后，树脂粘结磁体飞速发展。作粘结剂的高分子主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶，主要用于柔性复合磁体的制造，但与塑料相比，一般成型加工困难。热固性粘结剂一般用环氧树脂、酚醛树脂。热塑性粘结剂主要为聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等，聚酞胺P（A）类最为常见，综合考虑机械加工性、耐热性、吸湿性，目前最常用的PA基体是Nylon6、Nylon66等。除了上述这些聚合物基体外，刘颖等还用结构型的磁性高分子-二茂金属高分子铁磁体（OPM）粉作粘结剂与快淬NdFeB磁粉复合制成磁性高分子粘结NdFeB磁性材料，其磁性能比环氧树脂粘结NdFeB的磁性能高。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白质、生物多糖、脂类等生物高分子和人工合成的兼有各式各样功能基团的合成高分子。将合成高分子作为微球壳层的研究报导较多，同时，考虑到生物高分子的优良特性，近年来对生物磁性高分子微球的研究也正成为新型生物材料领域的研究热点。可以用于制备磁性聚合物膜的聚合物基体较多，原则上能用于制备高分子膜的聚合物都可以，如纤维素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纤维素作基体膜，在其中分散磁性氧化铁粒子用于气体分离。聚醋磁性薄膜多用来制成磁带。目前国内外研究较多的是以核径迹蚀刻膜为基板的磁性高分子聚合物磁性材料，它实际上是采用模板法，以聚碳酸酷核径迹蚀刻膜为基体，在其中电沉积磁性粒子，利用其规整膜孔来控制得到的有序磁性高分子聚合物磁性材料。
1.2磁性高分子聚合物的功能
复合型高分子磁性材料分为树脂基铁氧体类高分子共混磁性材料和树脂基稀土填充类高分子共混磁性材料两类，简称为铁氧体类高分子磁性材料和稀土类高分子磁性材料，目前以铁氧体类高分子磁性材料为主。以高分子化学和无机磁学为基础发展起来的磁性高分子材料，是高分子功能材料研究的热点。复合型磁性高分子材料，由于其具有高磁性、易加工和成本低等优点，使它广泛应用于微型电机、办公用品、家电用品和自动控制等领域，但如何提高磁性微粒在高分子基体材料中的分散度是提高其磁性能的关键。结构型磁性高分子材料，由于其具有轻质、低磁损、常温稳定、易加工及抗辐照等优点，且其介电常数、介电损耗、磁导率和磁损耗基本不随频率和温度变化，其适合制造轻、小、薄的高频、微波电子器件，广泛应用于军工、通讯、航天等高技术领域，改进合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重点。磁性高分子微球作为一种新型的有机一单倍线无机复合功能材料，由于其兼具高分子的众多特性和磁响应性，它被用做酶、细胞、药物等的载体广泛地应用到了生物医学、细胞学和生物工程等领域。对于磁性高分子微球，如何制得高磁响应性、高比表面和单分散性好的微球，以及高分子结构的精细化和功能化是以后研究的热点。随着新技术的广泛应用，高分子磁性材料必将会有更广泛的应用和发展前景。
2传统重金属的处理
2.1传统处理方法
2.1.1化学法
臭氧接触池的臭氧投加采用布气帽投加方式，均设有尾气破坏装置，避免臭氧泄漏污染大气。纯水具有接近7的pH（既不是碱性的也不是酸性的）。海水的pH值范围为7.5至8.4（中等碱性）。如果水是酸性的（低于7），可以加入石灰、苏打灰或氢氧化钠以在水净化过程中提高pH。石灰加入增加了钙离子浓度，从而提高了水的硬度。对于高度酸性的水，强制通风脱气器可以通过从水中去除溶解的二氧化碳，这是提高pH的有效方式。使水成为碱性有助于凝结和絮凝过程有效地工作，并且还有助于最小化铅从管道和管道配件中的铅焊料中溶解的风险。足够的碱度还降低水对铁管的腐蚀性。在某些情况下，可将酸加入碱性水中以降低pH。碱性水（高于pH7.0）不一定意味着来自管道系统的铅或铜不会溶解到水中。水沉淀碳酸钙以保护金属表面并降低有毒金属溶解在水中的可能性。所有高级氧化工艺（AOP）的特征在于具有共同的化学特征，在驱动氧化过程中利用HO自由基的高反应性的能力，其适合于实现完全减弱和通过甚至更少反应性污染物的转化。处理的目的是去除水中不需要的成分，并使其安全饮用或适合于工业或医疗应用中的特定目的。广泛的技术可用于去除污染物，如固体、微生物和一些溶解的无机和有机材料或环境持久的药物污染物。方法的选择将取决于被处理的水的质量，处理过程的成本和处理水的预期质量标准。
2.1.2物理法
重金属处理系统可以包括砂或砂粒通道或室，调节进入的污水的速度以允许沙子、砂砾、石头和碎玻璃的沉降。这些颗粒被去除，因为它们可能损坏泵和其他设备。对于小型下水道系统，可能不需要砂粒室，但是在较大的工厂需要除去砂粒。砂粒室有3种类型：卧式砂粒室，充气砂粒室和涡流砂粒室，该过程称为沉降。流动均衡澄清剂和机械化二级处理在均匀流动条件下更有效。均衡池可用于临时存储日间或潮湿天气流量峰值。盆地提供在工厂维护期间临时保持进入的污水的地方，以及稀释和分配可能抑制生物二级处理的有毒或高强度废物的排放。对废水沉淀后的污泥进行离心脱水，形成泥饼委托专业的公司处理。水厂处理是从海水或者其他水源中中去除污染物的过程。它包括物理、化学和生物过程，以去除这些污染物并产生可以安全使用的水。水厂处理的副产品通常是称为污水污泥的半固体废物或浆料，其在适于处置或土地应用之前必须进行进一步处理。水厂处理也可以称为净水处理，其也可以应用于处理工业农业废水。
2.1.3生物法
与单功能离子交换树脂不同，生物重金属处理法含有多种功能性位点，包括羧基，咪唑，巯基，氨基，磷酸酯，硫酸酯，硫醚，苯酚，羰基，酰胺和羟基部分。生物重金属处理法是更便宜，更有效的替代方法，用于从水溶液中除去金属元素，特别是重金属。广泛应用于重金属去除的生物重金属处理法，主要集中在细胞结构，生物吸附性能，预处理，修饰，再生/再利用，生物吸附建模（等温和动力学模型），新型生物重金属处理法的开发，旨在提高吸附能力的生物重金属处理法的预处理和改性。分子生物技术是解释分子水平机制的有力工具，并构建具有较高生物吸附能力和目标金属离子选择性的工程生物。尽管生物吸附应用面临着巨大的挑战，但金属去除的生物吸附过程的发展有两个趋势。一种趋势是使用混合技术去除污染物，特别是使用活细胞。另一个趋势是使用固定技术开发商业生物重金属处理法，并改善生物吸附过程，包括再生/再利用，使生物重金属处理法可以进行大力市场开发。
2.2存在的不足
重金属的常规处理有着众多的不足，物理法通过吸附进行处理，大部分时候采用活性炭，但是近年来，活性炭有被滥用的嫌疑，因其表面积并没有所宣传的那样效果，同时活性炭价格较高，因此在重金属处理中并不十分合算。化学法采用大量化学物质进行沉淀与pH调整，但是这样会使得水质受到破坏，这样得到的水源可能无法有着更加合适的用途。
2.3改进方向
使用磁性高分子聚合物净化池具有以下优点：增加净化池的可用功率，减少净化所需的时间。这些是通过用磁性高分子聚合物颗粒涂覆电极的表面来实现的，这样增加了电极的表面积，从而允许更多的电流在电极和净化池内部的化学物质之间流动。当净化池不使用时，磁性高分子聚合物材料可用作⒌缂与净化池中液体分开的涂层。在当前的净化池技术中，液体和固体相互作用，导致低电平放电，这降低了净化池的使用寿命。磁性高分子聚合物技术在净化池中的应用也存在着一些问题，磁性高分子聚合物颗粒具有低密度和高表面积。表面积越大，空气表面越容易发生氧化反应，这可能使净化池中的材料不稳定。由于磁性高分子聚合物颗粒的低密度，存在较高的颗粒间电阻，降低了材料的导电性。磁性高分子聚合物材料难以制造，增加成本。虽然磁性高分子聚合物材料可能大大提高净化池的能力，但它们可能成本高昂。
3磁性高分子聚合物在重金属处理中的应用
3.1作用机理
主要依靠顺磁性进行重金属吸附，顺磁是一种磁性的形式，其中某些材料被外部施加的磁场吸引，并且在所施加的磁场的方向上形成内部感应的磁场。与此相反，抗磁材料被磁场排斥，并在与所施加的磁场相反的方向上形成感应磁场。顺磁材料包括大多数化学元素和一些化合物，它们具有大于或等于1的相对导磁率（即非负磁化率），因此被吸引到磁场。施加场诱发的磁矩在场强中呈线性，相当弱。通常需要敏感的分析天平来检测效应，并且常规用SQUID磁强计进行顺磁材料的现代测量。顺磁材料对磁场具有较小的敏感性。这些材料被磁场略微吸引，并且当外部场被去除时材料不保持磁性。顺磁特性是由于存在一些不成对的电子，以及由外部磁场引起的电子路径的重新排列。顺磁材料包括镁，钼，锂和钽。与铁磁体不同，在没有外部施加的磁场的情况下，辅助磁铁不会保留任何磁化，因为热运动使自旋取向随机化。一些顺磁性材料即使在绝对零度下仍保持旋转紊乱，这意味着它们在基态下是顺磁性的，即在没有热运动的情况下。因此，当施加的场被去除时，总磁化强度降至零。即使在场的存在下，只有很小的感应磁化，因为只有一小部分的自旋将被场取向。这个分数与场强成正比，这解释了线性相关性。铁磁材料的吸引力是非线性的，而且更加强烈。通过细乳液聚合制备的磁性聚合物磁性高分子聚合物球的表面改性和定量表征的新颖有效的方案。由聚合物涂覆的氧化铁磁性高分子聚合物颗粒组成的复合磁性高分子聚合物球通过甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯在磁性流体存在下的细乳液聚合制备。使用磁性聚合物与聚（乙二醇）（PEG）的表面改性反应获得亲水羟基官能化的磁性磁性高分子聚合物球。然后将亲和染料CibacronblueF3G-A（CB）共价偶联以制备磁性无孔亲和吸附剂。通过透射电子显微镜和振动样品磁强计检查所获得的聚合物磁性高分子聚合物球的形态和磁性。基于IC-O-C/IC=O的强度比和PEG的含量之间的线性关系，通过使用扩散反射傅立叶变换红外光谱定量测量表面改性的含量。X射线光电子能谱（XPS）用于检测磁性磁性高分子聚合物球的表面同时比较与CB配体偶联的染料涂覆的和未涂覆的磁性磁性高分子聚合物球的XPS光谱，发现效果较好。
3.2效果分析
以水厂净化为例，通过水厂的净水、输水管、取水泵三部分入手。对于净水厂的产能评估，应该着重于预臭氧的接触区域的进水量评估。因其采用石灰投入来改变酸碱性，因此对于水池中的水量进行预估是极为重要的，通过石灰投放量投入的调研可以正确预估净水部分的产能。在输水管道的输送过程中，可以对其流量进行监测与分析，通过进出水的流量与出水的沉淀物数值、pH值、微生物量来确定净水能力的实际水平。在取水泵的环节，通过对原水浑浊度、pH值与电导率的测定，对其洁水能力作出预估与在线的检测。在深度处理环节，对高压放电方式进行调研，对臭氧接触池的运行速率进行分析。在中央监控系统，可以直观地看到目前正在进行的各个环节的处理过程，进出水量、水的各种理化数值，系统还可以对其进行预估，预测未来可能出现的水量变化并加以提前控制。在中控室可以更好地计算水厂的实际产能，并且与各个环节进行比较，推断数据的真实性与有效性，对水厂的净水产能进行精确的复核。完善的中央监控系统：可以对现场设备、供配电系统、视频监控、管网压力等方面进行全面监控，可以及时发现管网参数的异动，借助自动化的控制来进行反馈与解决，从而最小化故障的波及范围，保证水质的要求。采取稳定高效的通信管理，使得工作人员可以在较短的时间内发现故障并且上报与解决。集成化的中央自动控制管理也是现代工厂的重要方向。
4发展前景
通过采用磁性高分子聚合物，工作人员可以加强净水环节中的重金属处理能力，可以利用高新的技术进行产能的提升与设备的改进。净水效率的提升是一条光明而曲折的路，在这条路上会出现很多难题与挑战，这个任务长期而又艰巨，需要结合实际生产经验，不断地进行总结归纳。为实现自身的长远发展而进行大胆革新，利用创新思维进行现代化建设，从而大踏步地走向科学高效的重金属处理目标。
参考文献
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[关键词]聚合物防水涂料纳米技术
中图分类号：TU561文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）18-0339-01
建筑防水材料在我国建筑施工工程中使用已经有上千年的历史了。随着经济不断发展，近几年建筑防水材料不断发展，虽然高性能建筑材料有了很大的发展，但是已经不能满足工程的施工要求，所以需要不断发展建筑防水材料的工业用途，提高使用性能。如何提高防水工程质量是我国建筑施工中面临的首要问题，建筑工程质量和工程施工技术有很大关系，还与防水材料的性能有关。在材料的研究过程中对材料防水性研究是重点。目前而言防水材料很难满足工程施工的需要，可以采取以下方式解决，其一是不断提高防水材料的性能满足工程施工的要求。其二合成新的防水材料成本比较大，改进的防水材料性能可以有效的降低施工风险，文章主要研究高性能聚合物水泥防水性能。
一、建筑防水材料的现状和发展趋势
近几年来我国建筑材料的发展十分迅速，通过数十年的努力，我国防水材料主要有沥青及改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂等等，品种众多。对沥青防水材料而言防水性能比较差，伸缩性能比较差，在工程施工过程中对人们对沥青的性质进行了改良，在改良的过程中要使用聚合物，具有代表性的材料主要有SBS和APP两种材料聚合物。建筑防水材料主要可以分为三大类分别是沥青基防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料三大类。沥青基防水涂料柔韧性和耐高温性已经不能满足防水要求，为了提高材料的防水性。在材料改良的过程中要通过应用聚合物来改变沥青的防水性能。这种聚合物主要包括氯丁橡胶、顺丁橡胶、SBS和APP等，应用这些聚合物的可以改善材料的抗裂性、柔韧性和耐高温性等。在我国建筑防水材料市场上，煤焦油型聚氨醋中含有的煤焦油代替了价格高昂的聚醚多元醇，有效降低的产品的生产成本，所以这种材料的使用率很高。在国外防水材料聚氨醋得到了广泛的应用，在使用的过程中没有添加煤焦油等物质，因为这种材料中含有一些易挥发的毒性物质，对人体的健康有一定的危害，是一种禁用品。我国聚氮醋防水材料的主要有MDI及聚醚作基本原料和二甲苯材料，这种材料会对环境造成污染，材料耐温性比较差，在紫外线的作用下会发生氧化，不适合大量的应用。
二、聚合物水泥基复合防水涂料的组成
聚合物水泥基复合防水涂料主要是由液体组分和固体组构成一种防水材料，这种聚合材料需要添加各种材料制剂，固体组的主要构成成分是无机粉料。水泥主要构成是聚合物防水涂料，主要包括聚醋酸乙烯简称VAE、丁苯乳液简称为SBR和丙烯酸酷乳液简称PAA，VAE乳液是由醋酸乙烯醋和乙烯单体共同形成的一种乳液和聚醋酸乙烯乳液比较乙烯单体引入量有很大区别，降低了转化了温度。VAE是一种保护性胶体，这种材料的耐水性材料不是很好。通过调节软、硬单体来改变乳液的耐水性可以选择制作防水材料。除了水泥外这种防水材料还含有碳酸钙和石英砂这种材料，应用这种材料可以提升材料的防水性。在实际使用中是否采用两者综合体，要依据工程施工情况而定。如果防水材料的水泥含量比较少就要多加碳酸钙。因为粉料含量比较少会影响到材料的耐水性。
三、聚合物水泥基复合防水涂料的优点和存在的问题
聚合物水泥基复合防水涂料在工程建筑施工工作中被广泛应用，防水性能良好，符合建筑施工的具体要求，主要有以下几点表现：
（一）适合国家墙体材料革新和节能建筑材料的推广使用
框架结构填充墙，不论使用哪种材料作为墙体的建筑物的填充内间墙，发生开裂会引起墙体渗漏的情况发生，使用新型材料进行墙体填充选择的墙体一般都是空隙比较多的，墙体很容易发生吸水现象使墙体发生干缩，导致渗漏。传统性质的水泥不具备防水功能，在施工的过程中会导致墙体干燥收缩，产生缝隙。所以不能使用这种材质的水泥，在墙体的施工的过程中可以通过贴砖的方法到达墙体防水的功能。在高层建筑施工过程中，采用贴砖的方法会增加自身的重量影响建筑物的使用嫩功能，由于瓷砖有一定的重力在施工的过程中会意外脱落，对人身安全造成威胁。聚合物水泥基复合防水材料除了具有普通水泥的特点之外，还具有一定防水特性。含有防水性能的水泥粘度比较大是普通水泥的5陪，有效的增长了断裂缝的长度使墙体的在施工过程中不需要预留施工缝隙，不会出现裂缝现象。抹灰之后在钉钉子时也不会出现水泥裂缝，进行墙体施工时不受环境的影响，在施工完成之后不需要人工养护，给工程施工带来了方便。墙体施工过程中不需要进行防水处理，可以降低工程施工的成本。
（二）外墙装饰和防水的统一
目前建筑物中很多都是有机材料进行墙体装饰，使用这种材料容易造成墙体起皮、脱落现象，不能起到的很好的装饰效果。
为了增强墙体的装饰效果，在墙体施工过程中要选择优质的施工材料不断提高施工技术水平，优质的施工涂料会增加施工成本，使施工材料的应用受到了限制，涂料施工技术会受人为因素的影响，影响外墙的装饰效果。
四、建筑防水充分体现刚柔并济的功效
长期以来，防水材料是以沥青油毡为主要构成材料，这些材料含有一些毒性成分有异味严重影响了工程施工，材料的容易老化，没有一定的装饰效果。随着经济的不断发展我国又研发不同的防水材料。随着时间的推移我国的又推出了不同种类的防水的材料有效的弥补了防水材料的柔性不足的问题，但是使用成本比较高，材料的防水性也存在着一定的不足。在工程施工过程中使用刚柔结合的方法来提高材料的防水性能。在工程施工的过程中在涂抹防水材料时候要和刚性材料结合使用实现材料的刚柔相济结构性能。所以在施工过程中要使用钢筋混凝土结构来达到材料防水的特点，从防水作用原理来看，钢筋混凝土有很好的防水特性，在混凝土可以掺杂一定减水剂、膨胀剂等，增强混凝土的防水特性。在工程施工中，各种原因导致混凝体达不到刚度要求，在施工中使用聚合物水泥基复合防水涂料就可以实现刚柔结合防水特性。防水材料和聚合物质配合使用可以有效的弥补高性能水泥基材料柔性不足的特性，增加材料防水性和耐用性，两者之间可以互相作用，形成复合作用。有以下的优点：
（一）这种涂料在施工过程中比较容易操作，防水涂料熟料水基产品。对含水量没有明确的限制，和一般防水材料不同可以在潮湿的基面直接进行施工，可以进行涂刷和喷涂处理适合在复杂的施工环境中进行作业。
（二）高性能聚合物水泥防水涂料可以用于墙体漏洞施工中，简化施工步骤，对涂膜的渗漏可以进行修复。
结束语：
高性能聚合物水泥防水涂料是一种环保性材料，在工程施工的过程中要采用高质量的防水材料，在选择材料单体的过程中要适合聚合工艺，还要选择适合的功能单体之后进行防水材料的配比工作，采用正确的施工方法不断提高高性能聚合物水泥防水性能。
参考文献
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[关键词]聚合物改性沥青防水卷材
一、聚合物改性沥青的性能
聚合物改性沥青是由聚合物和沥青基础两大部分组成的,聚合物同沥青具有较好的相溶性,可以赋予沥青某些特性,进而改善沥青的性能。聚合物改性沥青卷材的应用取决于聚合物沥青的性能,而性能不仅取决于聚合物的种类、含量和构造,还取决于沥青基础的成分,因此必须同时从所含聚合物和沥青材料两大方面进行考虑。
二、聚合物改性沥青的主要类型
1.SBS聚合物改性沥青
SBS是丁苯橡胶的一种,丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚制成。将丁二烯和苯乙烯嵌段共聚,形成具有苯乙烯(S)―丁二烯(B)―苯乙烯(S)的结构,则得到一种热塑性的弹性体。SBS具有橡胶和塑料的优点,常温下具有橡胶的弹性,高温下又能像橡胶那样熔融流动,成为可塑性材料。SBS在沥青内部形成一个高分子量的凝胶网络,大大提高了沥青的性能。与普通沥青相比,SBS改性沥青具有众多优点:弹性好,延伸率大,延度可达2000%;低温柔性大大改善,冷脆点降至―40℃;热稳定性提高,耐热度达90～100℃;耐候性好等。SBS改性沥青是目前最成功和用量最大的一种改性沥青,在国内外都得到普遍使用,主要用途便是制作防水卷材。以SBS改性沥青作为侵渍覆盖层,以聚酯纤维无纺布、黄麻布、玻纤毡等作为胎基,以塑料薄膜为防粘隔离层,经选材、配料、共熔、侵渍、复合成型、卷曲等工序加工制作,便从总体上制成了SBS改性沥青防水卷材。
2.APP聚合物改性沥青
APP是聚丙烯的一种,根据甲基的不同排列,聚丙烯分无规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯三种。APP即是无规聚丙烯,其甲基无规地分布在主链两侧。无规聚丙烯为黄白色塑料,无明显熔点,加热到150℃才开始变软,在250℃左右熔化,并可以与石油沥青均匀混合。以聚酯毡或玻纤毡为胎基,以无规聚丙烯作改性沥青为浸涂层,两面覆以隔离材料,便制成了APP改性沥青防水卷材的雏形。
三、SBS和APP改性沥青防水卷材性能比较
1.SBS和APP改性沥青防水卷材基础性能比较
2.SBS和APP改性沥青防水卷材适应性能比较
SBS改性沥青防水卷材和APP改性沥青防水卷材广泛应用于工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间、水池等的防水防潮以及桥梁、停车场、游泳池、隧道、蓄水池等建筑物的防水、防潮、隔气、抗渗以及沥青类屋面的维修工程。两者在材性方面的差异主要表现在:SBS改性沥青防水卷材的低温性能(低温柔度)较好,更适宜用于寒冷地区;而APP改性沥青软化点高,延度大,冷脆点降低,粘度增大,具有优异的耐热性和抗老化性,因而APP改性沥青防水卷材的高温性能(耐热度)较好,更适宜用于炎热地区。
3.国内其它类型改性沥青防水卷材
目前国内外防水市场使用最广的防水材料仍然是SBS和APP改性沥青防水卷材。当然,除了这两种主要的聚合物改性沥青防水卷材以外,还有自粘性改性沥青卷材、三元乙丙(EPDM)橡胶卷材、TPO改性沥青卷材、聚合物改性煤焦油油毡、IPD改性沥青卷材等多种防水卷材。其中,自粘性改性沥青卷材就有不少优点,与SBS改性沥青卷材相比,具有自粘合的功能,施工简便,容易形成全封闭的整体防水层;在材性方面,其拉力、耐热度较低,低温柔度略好。三元乙丙(EPDM)橡胶卷材则是以三元乙丙橡胶或掺入适量丁基橡胶为基本原料,加入软化剂、填充剂、补强剂和硫化剂、促进剂、稳定剂等,经配料、密炼塑炼、过滤、拉片、挤出或压延成型、硫化等工序制成的高强高弹性防水材料。该防水材料耐老化性能好、使用寿命长,强度好、弹性好、拉伸性能优异;耐高低温性能好。
参考文献:
[1]王晓军.近年在火电工程中应用SBS(改性沥青)、EPDM(三元乙丙)等新型防水材料的分析报告.武汉大学学报.
关键词：聚合物；砂浆，改性；性能；应用
1前言
早在1923年，英国人gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。到1924出版了关于现代聚合物改性材料的正式的文献。从那时起，近70年来世界各国出现了大量的关于聚合物用于改性水泥砂浆和混凝土的研究，而且对聚合物用于水泥基材料的兴趣也越来越来大。在这一领域里研究开发走在世界前列的国家有日本、美国、前苏联、德国等。如日本对新型高性能聚合物混凝土复合材料的研究开发应用已有40年的历史，并已为此制定了部分标准(jls6203)；德国交通部筑路局对用于桥面的混凝土修补而附加的技术协议和规范(ztvsib90)特别制定了聚合物改性砂浆(混凝土)供货的技术条件和检验规范(tlbepcc，tpcc)，我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。
2聚合物水泥砂浆的改性机理
聚合物改性砂浆的研究之所以如此大的进展，就是因为这种材料通过改性具有许多优异的性能。了解其改性机理对研究和开发这类材料尤其重要。
众所周知·水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。
(1)聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。
(2)在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。进一步观察可发现聚合物的加入有效的改善了砂浆的孔结构，由于聚合物的形态效应及其自身的特殊性，起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降了，微孔隙率提高了。
(3)由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。
(4)聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根离子能与钙离子以离子键形式结合，形成以钙离子桥连的离子键大分子体系的交织网络结构，增强了结构的密实性。在上面的反应中可以降低氢氧化钙的含量，而sbr(聚苯乙烯一丁二烯)乳胶也能减少砂浆中氢氧化钙的含量，但没有含有脂基的e－va(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明显因此是不是所有的聚合物都能起化学改性作用，还有待研究。
通过以上的物理与化学的作用，聚合物改善了砂浆的界面结构形成了如图(1)的界面层。
其中的机械粘合层就是聚合物所成的薄膜，这一层不能过厚否则就会降低材料的强度。物理吸引层是聚合物如前面所讲的物理改性作用得到的一层，起到了增强材料性能的作用。化学键合层是聚合物与水泥中的物质发生发应的结果，进一步增强了材料的性能。
3聚合物水泥砂浆的材料
3．1聚合物对能用于砂浆改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在发挥其优点的同时，不能对砂浆带来负面的影响，如不能影响水泥的充分水化，对水泥石的基体没有腐蚀作用，对环境没有污染作用等。现阶段用于改性砂浆的聚合物的种类不是很多，主要有以下一些。
其中最常用的就是图中划横线的聚合物。有丁苯乳液(sbr)、聚丙烯酸脂(pae)、聚乙烯醋酸脂(eva)，丙苯乳液(sae)等。但由于单一品种乳液用于改性砂浆时会有一些不足，因此现阶段已经出现通过聚合物乳液的共混，综合不同乳液的优点，设计出能实现不同性能要求、适应不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂浆。
3．2水泥
用于聚合物改性砂浆的水泥一般为普通硅酸盐水泥，它的早期强度高、凝结快、耐冻性好。另外还可用高铝酸盐水泥。近年来，出现了一种专门用于聚合物干粉改性砂浆的铝酸钙水泥，这种水泥是用一定比例含有三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，然后将获得的熟料磨细而成。
3．3矿物掺合料
矿物掺合料(硅灰、粉煤灰、矿渣等)本身就可以作为一种水泥砂浆的改性材料。把矿物掺合料和聚合物双掺在砂浆中，能综合利用两种改性材料的特点，优势互补进一步改善砂浆的性能。
3．4消泡剂、稳定剂
在聚合物水泥砂浆中，水泥浆体中的钙离子或铝离子等多价阳离子及砂浆拌和时所产生的剪切力会导致乳液破乳凝聚，因此要选择合适的乳化剂和稳定剂。乳液中存在的表面活性剂导致砂浆气泡增加，影响性能，为此，需要加入适当的消泡剂来抑制表面活性剂引起的泡沫。
3．5砂
一般用河砂，要求含泥量不能过高。
4聚合物改性水泥沙浆的性能
众所周知作为水泥基材料的一个显著的缺点就是脆性大。表现出抗拉强度比抗压强度低许多，抗裂性差，并且强度越高，脆性越大。这是因为水泥基材料属于硅酸盐物质，其基本单元是硅氧四面体·硅与氧以共价键相连，钙与铝等金属离子以离子键与硅相结合。由于在共价键、离子键发生断裂时几乎不发生任何变形，就表现出很大的脆性。而聚合物作为一种有机高分子，其长分子结构及大分子中的链节或链段的自旋转性，使其具有弹性和塑性。
4．1新拌砂浆的性能
4．1．1流动性
由于聚合物具有建水的效果，因此大部分聚合物都能提高砂浆的流动性能。
4．1．2保水率
新拌砂浆的保水率是影响砂浆硬化及硬化后固体性能的重要的因素。保水性好的砂浆有利于砂浆的运输、停放和铺摊，有重要的工程意义。掺入聚合物能有效的提高新拌砂浆的保水性能，聚合物的加入既可以防止砂浆的离析，有能在砂浆的养护初期防止水分的过快散失，有利于水泥的水化。尽管聚合物水泥砂浆的凝结时间会延长。
4．2硬化聚合物砂浆的力学性能
4．2．1抗压强度
现有大部分的研究都认为聚合物改性砂浆的抗压强度要低于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物在砂浆体系中硬化成膜后，由于它的弹性模量要低于水泥石和骨料的弹性模量，另外聚合物的富集现象也会降低抗压强度，还有就是聚合物的活性，在搅拌砂浆时会产生大量的气泡从而降低了砂浆的抗压强度。但是还存在另外的一种观点，就是认为聚合物改性砂浆的抗压强度要高于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物具有减水效应，能降低砂浆的用水量，从而提高砂浆的抗压强度。但这两种对立的观点有不同的前提第一种观点下的砂浆在配制时是保持砂浆的水灰比不变，第二种观点下的砂浆在配制时保持砂浆的流动度不变。之所以存在这样对立的观点，有可能是砂浆单位体积内的水与聚合物的相对含量的问题。我们知道在聚合物砂浆中水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，水泥水化需要水分，而聚合物的成膜要求失去水分。在砂浆中聚合物由于具有减水作用，应该能增加砂浆的强度，但由于前面所讲的聚合物降低抗压强度的因素的存在，就应该调节砂浆单位体积内水与聚合物的相对含量，使其满足既能很好的水化又能很好的成膜(所谓好的成膜就是能够在砂浆中形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象的膜网结构，并且如前面图(1)所描述的机械粘合层不能过厚。这样如果保持砂浆的水灰比不变，聚合物的减水效应不能发挥出来，但如保持砂浆的流动度不变，聚合物就能发挥其减水效应尽量调节单位体积内水与聚合物的相对含量，使达到好的成膜效果尽量降低不利的因素，从而能提高砂浆的抗压强度。
4．2．2抗拉强度、抗折强度
如前所述，高分子聚合物加进砂浆能改善材料的脆性。除有机高分子自身的特点外，它还能改善砂浆内部的界面结构，减少了骨料处的微裂纹。此外，由于聚合物薄膜的弹性模量小、变形大，因而可以缓冲裂纹处在受力时的应力集中，从而提高了砂浆的抗拉与抗折强度。
4．2．3粘结强度
复合材料之间的界面粘结作用可以大致分为以下五类(1)吸附与侵润(2)相互扩散、(3)静电吸引(4)化学键合(5)机械粘着。聚合物改性砂浆的粘结强度可以分为砂浆内部和把砂浆用于修补材料时新老界面之间的粘结强度。砂浆内部的粘结性能在前面已有介绍，即在界面处分为机械粘合、物理吸引、化学键合，正是因为有这样的效果使得砂浆浆体的粘结强度增大。当聚合物改性砂浆作为一种修补材料时，与普通的砂浆相比也表现出有良好的粘结强度，之所以有比普通砂浆强的粘结强度，这有可能是聚合物砂浆在新老界面出也能形成如图(1)那样的界面结构，并且聚合物还能扩散到老砂浆中的空隙中去成膜，进一步增强粘结强度。
4．2．4弹性模量
聚合物改性砂浆的弹性模量要低于普通砂浆的弹性模量，因此聚合物沙浆比普通的砂浆有更大的变形性。
4．2．5耐久性
由于聚合物对砂浆的改性作用，提高了砂浆的耐久性。如砂浆的抗渗能力得到了提高，吸水性降低”，砂浆承受冻融循环的能力也得到了提高。另外，砂浆长期暴露在野外，其力学性能没有降低反有提高。
4．3影响聚合物改性砂浆性能的因素
4．3．1原材料
原材料中水泥品种的选择余地较小。聚合物的品种相对来说要多一些，不同的聚合物能对砂浆的性能有不同的影响。如氯偏乳液改性砂浆抗渗能力强，丁苯乳液改性砂浆的抗折强度较高等。因此需要通过试验来确定聚合物的选取。
4．3．2配合比设计
在确定了材料的种类后，材料之间的配比就尤为重要。由前面所述的改性机理可知．要得到质量好的聚合物砂浆，聚合物在浆体中的成膜尤其重要，即要形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象、膜不能过厚的网状薄膜。因此水、水泥、砂、聚合物这几者的搭配就很重要了。
4．3．3养护条件
养护条件对于水泥基材料来说是一个很重要的因素。在砂浆的材料与配比确定下来后，材料的养护方法就很重要了。对于聚合物改性砂浆水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，那么要两者需要协调发展，使砂浆中的各个组分相互补充、共同成长，就必须选择好适应的养护条件。现在有多种养护方法，在国外常用的养护方法是将砂浆试件拆模后，首先在20℃、80％相对湿度的环境下养护2d，然后在20℃的水中养护5d，再在20℃、50％相对干燥的环境下养护21d。在国内并没有定型的养护方法，但有研究表明乳液的掺量越小，试件所需在水中养护的时间越长；乳液的掺量越大，试件所需在水中养护的时间越短；当乳液的掺量达到一定值时，就无需在水中养护，只需在空气中干养即可。
5聚合物水泥砂浆的应用
5．1混凝土修补材料
聚合物水泥砂浆(修补砂浆)已经广泛应用于混凝土结构加固，选用聚合物改型砂浆作为混凝土结构的修补材料主要有以下理由。
(1)聚合物水泥砂浆具有良好的粘结性和耐水性；
(2)聚合物水泥砂浆不需要潮湿养护，尽管最初两天保持潮湿会更好：
(3)聚合物水泥砂浆的收缩和普通混凝土相同或略低一些，
(4)聚合物水泥砂浆的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力比普通混凝土高；而弹性模量更低；
(5)聚合物水泥砂浆的抗冻融性能更好。
5．2防水材料
聚合物水泥砂浆既可以用于刚性防水材料，又可以作为柔性防水材料。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。
5．3胶黏剂
由于聚合物水泥砂浆具有良好的粘结能力和良好的协调性，可以作为一种良好的胶黏剂，如瓷砖胶黏剂，界面处理剂等。
5．4防腐蚀
聚合物水泥砂浆比普通混凝土的抗渗性、耐介质性能好得多，能阻止介质渗入，从而提高砂浆结构的耐腐蚀性能。因此在许多防腐蚀场合得到应用，主要有防腐蚀地面(如化工厂地面，化学试验室地面等)、钢筋混凝土结构的防腐涂层、温泉浴池、污水管等等。
摘要目的探讨理想的骨组织工程细胞外基质材料的选择和制备。方法广泛查阅了近期有关可降解聚合物用作成骨细胞培养支架的文献，总结了各种可降解聚合物在骨组织工程研究中作为细胞外基质材料的优缺点。结果理想的骨组织工程细胞外基质材料应由无机类材料、人工合成聚合物类材料和天然聚合物类材料组成，并含有最佳的生长因子缓释系统的多孔三维立体泡沫。结论复合型细胞外基质材料的研制是骨组织工程研究中十分重要而迫切的任务。
器官和组织中的细胞，其行为不仅取决于细胞内在的基因序列，还在很大程度上受到外界环境因素的影响，包括细胞与细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)的相互作用。ECM不仅为细胞生长提供支持和保护，更重要的是细胞与ECM的相互作用调节细胞的形态发生过程，影响细胞生存、迁移、增殖和功能代谢。因此，在组织工程研究中挑选和制备利于种子细胞的粘附、增殖和分化的细胞外基质材料是十分重要和迫切的任务。
理想的骨组织工程细胞外基质材料的要求有［1、2］：①良好的生物相容性。除满足生物材料的一般要求，如无毒、不致畸性等外，还应利于种子细胞粘附、增殖，降解产物对细胞无毒害作用，不引起炎症反应，甚至利于细胞生长和分化。②良好的生物降解性。基质材料在完成支架作用后应能降解，降解率应与组织细胞生长率相适应，降解时间应能根据组织生长特性作人为调控。③具有三维立体多孔结构。基质材料可加工成三维立体结构，孔隙率最好达90%以上，具有较高的面积体积比。这种结构可提供宽大的表面积和空间，利于细胞粘附生长，细胞外基质沉积，营养和氧气进入，代谢产物排出，也有利于血管和神经长入。④可塑性和一定的机械强度。基质材料具有良好的可塑性，可预先制作成一定形状。并具有一定的机械强度，为新生组织提供支撑，并保持一定时间直至新生组织具有自身生物力学特性。⑤良好的材料-细胞界面。材料应能提供良好的细胞界面，利于细胞粘附、增殖，更重要的是能激活细胞特异基因表达，维持细胞正常表型表达。
目前，可降解聚合物用作骨组织工程细胞外基质材料主要有两类，一类是天然聚合物，如胶原蛋白、纤维蛋白等；另一类为人工合成聚合物，如聚酯类、聚偶磷氮等。天然材料生物相容性好，具有细胞识别信号(如某些氨基酸序列等)，利于细胞粘附、增殖和分化，但也存在许多缺点，如大规模生产的限制、不同批号制成品的差异、材料本身因素控制的困难(如机械强度、降解速度等)。人工合成聚合物则避免了上述困难，材料的微结构、大体形态、机械性能、降解时间等都能预先设计和调控，最后降解完全，避免了长期异物反应的危险。但人工合成材料最大的缺点是缺乏细胞识别信号，与细胞间缺乏生物性相互作用。并且目前人工合成聚合物要达到理想的骨组织工程细胞外基质材料的要求在制作中还存在许多差距。
1人工合成可降解聚合物
目前，可用作成骨细胞种植基质材料的聚合物主要有：聚乳酸(polylacticacid，PLA)、聚乙醇酸(polyglycolicacid，PGA)、聚偶磷氮(polyphophazenes)、聚原酸酯(polyorthoester，POE)、聚己内酯(polycaprolactone，PCL)、聚酯尿烷(polyesterurethane)、聚酸酐亚胺共聚物［poly(anhydride-co-imides)］、聚羟丁酯(polyhydroxyrate，PHB)及其共聚物等。下面介绍几种生物可降解合成聚合物在骨组织工程中的应用情况。
1.1聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物
PLA、PGA均属α-聚酯类。PLA有三种异构体(PDLA、PLLA、PDLLA)，在体内降解生成乳酸，是糖的代谢产物；PGA在体内降解为羟基乙酸，易于参加体内代谢。聚合物中酯键易于水解，属非酶性水解。共聚物的降解时间可通过改变两者的比例来调控，约为几周到几年。这类聚合物属热塑性塑料，可通过模塑、挤压、溶剂浇铸等技术加工成各种结构形状。因其降解产物无毒及良好的生物相容性，PLA、PGA已被美国食品与药品管理局(FDA)批准广泛用作医用缝线、暂时性支架和药物控释载体。Vacanti等［3］首先将PGA、PLA用作软骨细胞体外培养基质材料，通过组织工程方法获得新生软骨成功。此后，PLA、PGA及其共聚物被广泛用于组织工程各类组织细胞外的基质材料，如软骨、骨、肌腱、小肠、气管、心瓣膜等，取得了初步成功。
PLA、PGA及其共聚物在组织工程中应用的主要结构形式有纤维支架、多孔泡沫以及管状结构等。这些结构形式在骨组织工程实验研究中都显示出良好的成骨效应。
Breitbart等［4］将PGA无纺纤维支架制成直径15mm、厚2mm的圆盘状，复合体外培养的兔骨膜成骨细胞，植入修复兔颅骨直径为15mm的全层骨缺损。4周后缺损区有骨岛形成，12周后缺损区大量骨生成，完全修复骨缺损。Ishaug等［5］将大鼠骨髓基质细胞种植于PLGA泡沫，再将复合物移植于大鼠肠系膜观察其成骨能力。组织学检查发现7天后复合物中即可见矿化骨组织，7周后，孔径为150～300μm的泡沫复合物中矿化骨组织厚度达(370±160)μm。另外，PLA、PGA及其共聚物亦被制成管状结构用于小肠、尿道等管状器官的组织工程细胞外基质材料。
尽管目前PLA、PGA及其共聚物是应用最为广泛的组织工程细胞外基质材料，但在应用过程中发现不少缺点。下面就其不足之处和改善方法作一简单介绍。
1.1.1亲水性差，细胞吸附力较弱以PLA包埋的PGA无纺纤维支架亲水性差、细胞吸附力弱的问题一直困扰着组织工程学家，人们一直在寻找解决这一问题的方法。Mikos等［6］通过乙醇和水两步预湿的方法，有效地对支架进行预湿，增强了亲水性，促进了细胞在支架表面均匀分布，并将有利于体内移植后纤维血管的长入。刘彦春等［7］选择卵磷脂和多聚赖氨酸共同包埋PGA+PLA，也显著提高了支架的亲水性和细胞吸附力。Hubble［8］指出，聚乙醇是一种水溶性、非离子聚合物，可减少生物材料对蛋白的吸附作用。将聚乙醇与聚酯形成共聚物，可提高材料的亲水性，同时也加速了聚合物的降解。
1.1.2引起无菌性炎症临床上PLA、PGA的应用过程中发现患者出现非特异性无菌性炎症反应率较高，约为8%［9］。Lam等［10］的实验中提出中分子量降解产物可增加非感染炎性反应，PLA平均分子量低于20ku(1Da=0.9921u)时，无菌性炎症发生率较高，使用高分子量PLA可延迟但不能消除这一反应。
目前认为出现无菌性炎症的原因可能与聚合物降解过程中酸性降解产物引起局部pH值下降有关［11］。因此，有学者将碱性物质，如碳酸钙、碳酸氢钠、钙羟基磷灰石引入聚合物中，可代偿聚合物降解引起的pH值下降，有助于防止无菌性炎症的发生［12］。另外，将聚酯-聚乙二醇共聚物作为前体物质合成水凝胶，这种水凝胶中聚酯在聚己二醇末端以低聚体形式存在，含量较低，在体内降解过程中不会引起炎症反应［8］。当然，无菌性炎症的根本解决办法是开发一种降解不释放或缓慢释放酸性降解产物的新型聚合物。
1.1.3机械强度不足单纯编织成的PGA无纺纤维支架不具备一定的抗压强度，通过聚合物包埋或热处理虽然可改善其机械强度，但仍然存在抗压强度不足的缺陷。Devin等［13］将羟基磷灰石(hydroxyapatile，HA)与50∶50pLGA共聚物组成多孔复合基质材料，实验表明复合材料抗压弹性模量随HA成份增加而增加。聚合物降解后，含50%HA的复合材料模量为1459MPa，而不含HA的基质材料模量为293MPa。同时，HA的引入也延缓了聚合物的降解时间。含10%HA的复合材料6周内可完全降解，而含50%HA的复合材料则相对稳定。因此，将钙磷陶瓷引入PLGA共聚物，可改善PLGA的机械性能差、降解速度快、骨结合力弱等缺点。
1.1.4其他PLA、PGA及其共聚物还存在其他一些问题，如聚合物中残留的有机溶剂的细胞毒作用，以及可能引起的纤维化及与周围组织的免疫反应等问题［14］。
1.2聚丁酸
聚丁酸(polyhydroxybutyrate，PHB)最早由Lemoigne(1964)从细菌中分离出来，随后在诸多细菌，如巨杆菌属、红螺菌属等的胞浆颗粒中均发现有这种聚合物。PHB是由3-羟基丁酸通过酯键链接而成。PHB最早被美国农业食品组织用作动物饲料，后来人们发现PHB具有压电效应，十分适合作为骨折固定材料，但由于单纯PHB易碎、热不稳定、降解时间长、可塑性和机械性能差等缺点限制了它的广泛应用。
将聚羟戊酸(polyhydroxyvalerate，PHV)引入PHB主链，形成PHBV共聚物，由PHB和0～24%PHV组成，可改善PHB的上述缺点。PHBV可在较低的温度下加工塑形，避免了PHB的热降解问题。PHBV通过微生物酶解和水解作用而发生降解，水解作用主要与环境酸碱度有关。Rivard等［15］用PHB/9%HV组成的PHBV共聚物制成三维立体泡沫用作软骨细胞、成骨细胞培养支架，细胞均匀分散在整个聚合物基质中，呈良好的粘附、增殖状态，并在培养21天时细胞生长达最大密度。但PHBV共聚物还存在机械性能差、骨结合力弱等问题。
1.3聚偶磷氮
Allcock最早通过聚二氯化偶磷氮与氨基酸酯反应制得含氨基酸酯取代基的聚有机偶磷氮［poly(organo)phosphazenes］。这种聚有机偶磷氮具有良好的生物相容性，降解产物无毒，逐渐被用作药物控释载体。聚有机偶磷氮降解是通过氨基酸酯的水解，生成羧酸，再催化主链的裂解。因此通过调节水解不稳定性的氨基酸酯取代基与主链的化学组成可以实现聚合物降解速度的调控。其完全水解产物对人体基本无毒害作用。
Laurencin等［16］将聚有机偶磷氮用作成骨细胞培养载体，发现取代基为乙基甘氨酸酯的聚有机偶磷氮，不仅有利于细胞的粘附生长，而且可提高聚合物的降解率。在此基础上，通过盐析技术制成具有三维立体结构的聚甲基苯氧基乙基甘氨酸偶磷氮，平均孔径165μm，分布均匀，孔隙之间相互交通。将成骨细胞种植于其上，培养第1天成骨细胞就从材料表面长入孔隙内，并在21天的培养期中细胞以恒定速度增殖，呈现出良好的生物相容性。但其水解产物对人体可能产生一定毒害作用。
1.4聚酸酐
聚酸酐是由羧酸聚合而成。性质活泼，遇水极不稳定。脂肪簇聚酸酐在几天内完全降解，而芳香簇聚酸酐则需几年时间才能降解完全。综合两者的特点，通过调整主链中两种单体的组成比例来调控材料的性能和降解速度。毒理学评价表明，聚酸酐的体内生物相容性非常理想，被广泛用于药物控释体系。
Attawia等［17、18］将酸酐和亚胺聚合成共聚物用作成骨细胞培养载体。其中亚胺成份由苯均四酸亚胺丙氨酸或偏苯三酸亚胺甘氨酸组成。酸酐成份由皮脂酸或1，6-二羧基苯氧乙烷组成。将共聚物制成圆盘状，与成骨细胞株MC3T3-E1共同培养，发现24小时内，酸酐单体在1，6-二羧基苯氧己烷的共聚物培养体系中，细胞粘附良好，形态正常。而单体在皮脂酸的共聚物培养体系中，由于聚合物表面的快速降解，导致细胞不粘附。在此基础上，进一步研究了在共聚物降解产物苯均四酸亚胺丙氨酸和苯均四酸存在的情况下，成骨细胞仍能维持特征性的多角形，在21天的培养期内维持分泌骨钙素的成骨细胞表型。这种亚胺酸酐共聚物对成骨细胞有良好的相容性，不影响表型表达，但其中的亚胺成份可能对细胞生长有影响。
2天然高分子聚合物
2.1胶原
胶原是动物体内含量最丰富的蛋白，约占人体蛋白总量的30%以上，其中以ECM中胶原蛋白含量最高。胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在，其基本组成单位是原胶原分子，原胶原蛋白分子经多级聚合形成胶原纤维。胶原纤维与细胞外基质中其他成份形成结构与功能的复合体。胶原主要分五类，骨组织中为Ⅰ型胶原。胶原不仅为细胞提供支持保护作用，而且与细胞的粘附、生长、表型表达均有密切关系。
Ⅰ型胶原通过成骨细胞表面特异性受体β1整合素亚单位与成骨细胞紧密结合。Basle等［19］研究发现成骨细胞系Saos-2在异种骨基质中沿胶原纤维束粘附延展，用免疫组织化学技术观察到胶原纤维表面通过β1整合素亚单位与细胞外表面紧密结合，当抗β1整合素亚单位抗体存在时，细胞堆积，无定向延展。另有研究表明Ⅰ型胶原与成骨细胞复合可提高成骨细胞的成骨能力，刺激多潜能间充质细胞向成骨细胞方向转化，并促进细胞表达碱性磷酸酶(alkalinephosphatase，ALP)、Ⅰ型胶原及骨桥蛋白(osteopontin，OPN)［20］。Green等［21］研究证实Ⅰ型胶原是通过增强成骨细胞的蛋白激酶C活性，增强成骨细胞合成蛋白能力，同时该酶还可活化Na+/H+交换系统，提高细胞质中的pH值，促进成骨细胞增殖。
由于Ⅰ型胶原能促进成骨细胞粘附、增殖和分化，增强其成骨能力。Mizuno等［22］将Ⅰ型胶原用作骨髓基质细胞的培养基质，发现骨髓基质细胞可定向分化为成骨细胞，最终形成含骨髓成份的新生骨组织，成骨过程中无软骨生成，而Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型胶原上则未见新骨生成。
Ⅰ型胶原由于含特定的细胞识别信号(如某些氨基酸序列)，利于成骨细胞粘附、增殖和分化，但其最大的缺点是缺乏一定的机械强度，难以单独用作成骨细胞培养基质材料，可作为良好的材料包埋和添加剂。另外，还存在生理学性质不稳定和外来胶原引起的免疫反应等问题。
2.2纤维蛋白
纤维蛋白单体在凝血酶作用下可聚合成立体网状结构的纤维蛋白凝胶。聚合后的纤维蛋白凝胶可通过释放β转化因子和血小板衍生生长因子等来促进细胞粘附、增殖并分泌基质，具有良好的生物相容性。另外，纤维蛋白凝胶可塑性强，通过降低凝血酶浓度的方法可延缓纤维蛋白聚合过程，为凝胶的塑形提供充分的时间。这种纤维蛋白凝胶来源于自身血液，避免了免疫原性问题，是较理想的细胞外基质材料。Sims等［14］首次报道了用纤维蛋白凝胶复合软骨细胞植入无胸腺小鼠皮下，12周后新生软骨组织为透明软骨，氨基葡聚糖与软骨湿重比接近正常软骨。
但是纤维蛋白凝胶也存在天然材料的共同缺点，如缺乏机械强度、大量获取困难、降解时间难以控制等，故也难以单独作为组织工程中成骨细胞种植基质材料。
2.3甲壳素及其衍生物
甲壳素，亦称甲壳质、几丁质，是自然界中仅次于纤维素的天然多糖，广泛存在于昆虫、甲壳类动物外壳及真菌细胞壁中。经脱乙酰化反应变成甲壳胺，即壳聚糖。甲壳素一般不溶于水、碱和常规有机溶剂中。只溶于盐酸等无机酸及甲醇、乙醇等。高度脱乙酰化甲壳胺可溶于水。甲壳胺分子中有许多胺基和羟基，容易进行化学修饰和改性。这类天然多糖具有明显碱性、良好的生物相容性和生物可降解性。壳聚糖在体内溶菌酶、甲壳酶的作用下水解成低聚糖。由于壳聚糖的体内降解属于酶解作用，故难于对它的降解速度进行人为调控。降解产物为对人体无毒的N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖。降解过程中产生的低分子量甲壳素(胺)或其寡聚糖在体内不积累，无免疫原性。
Klokkevold等［23］研究了壳聚糖对体外成骨细胞分化和骨形成的影响。他们取胎鼠颅盖骨间充质细胞按3.5×105个/ml的细胞浓度种植于培养皿中，加入200ml浓度为2mg/ml的壳聚糖乙酸溶液共同培养14天，发现其成骨细胞克隆形成率为(6.2±1.2)个/皿，明显高于未加壳聚糖的对照组颗粒形成率(3.6±0.6)个/培养皿，新生骨组织的平均面积亦明显高于对照组。使用结果表明，壳聚糖具有促进前成骨细胞分化，加速骨形成的作用。倪斌等［24］用壳聚糖膜包绕骨缺损断端，认为它对骨膜下骨痂的生长能起导向作用。
壳聚糖的生物相容性一般认为是良好的，但这些评价大都是将壳聚糖制成膜材料、线材料和药物载体的研究观察到的。当材料的几何形状变化时，通过蛋白质和细胞在其表面触发反应，可能损害与它接触的细胞和组织。张建湘等［25］发现在壳聚糖钉周围的炎症反应较明显，表现在钉周围始终有以淋巴细胞、中性粒细胞和异物巨噬细胞为主的炎症反应存在，以及组织学上偶尔见到小脓肿形成。一般认为中性粒细胞和小脓肿是非特异的异物排斥反应，而异物巨噬细胞是可降解材料组织反应的免疫原性所致。壳聚糖钉周围的明显炎症反应也可能与正电荷密度增高有关，因此有人认为壳聚糖不适合作为体内埋植材料。
2.4藻酸盐
藻酸盐是从海藻中分离出的一类多糖，是由D-mannuronate和L-guluronate组成的共聚物，在二价离子如钙离子存在时可通过离子交联作用形成开放晶格的水凝胶。藻酸钙水凝胶可塑性好，可预先制成各种形状。其力学强度与钙浓度和藻酸盐浓度均有关。在钙浓度高达500mmol/L或藻酸盐浓度达4%时，对生物活性物质的渗透扩散仍无阻碍作用。藻酸钙通过酶解作用分解，产物对人体无毒害作用。因此，藻酸盐被用作伤口覆盖材料、药物载体和细胞培养载体等。
Paige等［26］采用藻酸钙水凝胶复合软骨细胞移植入小鼠皮下，产生新生软骨获得成功。这种藻酸钙水凝胶为细胞提供三维生长空间，与PLA、PGA等聚合物相比，藻酸钙水凝胶具有更好的亲水性，营养物质易于渗透等优点。但藻酸钙仍存在体内难降解、组成成份不稳定、不同成品纯度不一等不足，且植入体内后，随着钙离子的扩散丢失，藻酸钙难以维持其水凝胶样结构。
3骨组织工程细胞外基质材料的发展方向
3.1增强材料对成骨细胞的粘附力
细胞与材料的相互作用是组织工程研究的主要领域，其中细胞与材料的粘附是基础，细胞必须与材料发生适当的粘附，才能进行迁移、分化和增殖［27］。因此，新材料的开发和应用必须考虑是否有利于细胞粘附这一重要问题。
正常情况下，细胞与ECM的粘附主要通过特异性受体-整合素(Integrin)与ECM特异配体位点结合。Integrin是由α、β两个亚基组成的跨膜受体，已知有14个α亚基和8个β亚基。成骨细胞表达α1、α2、α3、α4、α5、αv、α6、β1、β3等亚基。α5β1为纤维连接蛋白(fibronectin，FN)受体，识别FN的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)序列［28］；α2β1为Ⅰ型胶原受体，识别Ⅰ型胶原的α1(Ⅰ)链的天冬氨酸-甘氨酸-谷氨酸-丙氨酸(Asp-Gly-Glu-Ala，DGEA)序列［29］。Integrin一方面介导细胞与ECM和细胞-细胞间的粘附；另一方面激活信号传导通路，联系细胞外微环境与细胞内代谢活动，对细胞生长、代谢起重要作用。
因此，采取预衬或溶剂链接的方法，将FN、胶原或RGD、DGEA等促细胞粘附短肽引入基质材料的表面或整体，将促进细胞粘附、增强生长代谢。Garcia等［30］将FN预衬于生物活性玻璃表面，可显著增强其对成骨细胞的粘附力，并与FN的表面密度呈正相关，成骨细胞的粘附是由FN的RGD位点介导，用FN抗体或与FN竞争的短肽RGD可抑制成骨细胞的粘附。
但FN或胶原除粘附成骨细胞外，对其他多种细胞都有粘附力。骨组织工程用基质材料最好能对种子细胞具有特异性吸附作用，尽量减少非种子细胞的粘附。Dee等［31］发现，赖氨酸-精氨酸-丝氨酸-精氨酸组成的短肽(Lys-Arg-Ser-Arg)可选择性增强硫酸乙酰肝素介导的成骨细胞粘附机制，这种粘附作用不同于Integrin介导的细胞粘附机制，具有成骨细胞特异性粘附作用。用这种短肽包埋的基质材料可显著提高成骨细胞粘附率，减少内皮细胞、成纤维细胞的粘附。是一种良好的骨组织工程基质材料包埋剂。
对于多种组织组成的复杂器官的组织工程再造，细胞的特异性吸附则更具有应用意义。在基质材料的不同空间引入不同的细胞粘附序列，引导不同组织细胞在特定位置生长，可望再造多组织复杂器官。
3.2通过材料给予细胞应力刺激
大量研究表明，在多种细胞的体外培养中，机械应力通过培养基质作用于细胞，可明显地调节不同组织细胞的生长和表型表达。组织工程中为了再造功能结构组织(如骨、软骨等)，在新生组织生长过程中通过基质材料给予适当的应力作用是必要的。未经应力刺激的组织工程化肌腱虽然在组织学上与正常肌腱相似，但不具备正常的力学强度［32］。如何通过基质材料给予细胞应力刺激，对基质材料的特性提出了要求。相比之下，凝胶样材料适合于对细胞施加应力，因为细胞完全处于凝胶包围中，凝胶的应变易于对细胞产生应力刺激。
3.3将控释系统引入基质材料
众所周知，生长因子和激素都可调节细胞生长和表型表达。因此将药物控释技术引入组织工程，将基质材料负载各种生长因子或激素，向种子细胞定量、持续释放，将有利于细胞的生长和分化。如负载血管内皮生长因子的聚合物基质材料可刺激组织工程化组织的血管再生［33］。当然，要达到理想的生长因子控释还存在很大的困难，近年来随着基因工程技术的发展，有人试图利用转基因技术将生长因子基因转载到成骨细胞内，让其自身表达各种生长因子，增强和调节骨形成。Lieberman等［34］成功地将骨形态发生蛋白(bonemorphogeneticprotein-2，BMP-2)基因转染骨髓基质细胞，显示出更强的成骨能力。相信将转基因技术应用到组织工程研究必将成为组织工程今后的发展趋势。
综上所述，骨组织工程细胞外基质材料的制备应考虑到无机类材料、合成聚合物材料、天然聚合物材料的优缺点，将三者通过合适的方法组合成复合材料，取长补短，模拟天然骨基质组成成份，并含有最佳组合的生长因子缓释系统，促进成骨细胞的粘附、增殖和分化，发挥最佳成骨能力。
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