生物降解性聚酯.ppt

背景 合成高分子已经渗透到国民经济和人们日常生活的各个领域中 给人们带来便利 但同时 也给环境造成了巨大的污染 进入21世纪以来 人类生产活动的可持续性和减少二氧化碳气体的排放倍受关注 研究环境保护 节约资源和能源 资源再生化的力度加大 回收 降解 回收与降解 回收再生技术是解决塑料污染的有效措施 而对于占塑料制品总量10 的大量的难以回收或不可回收的塑料废弃物 使用生物可降解塑料则更为有利 回收和降解 生物降解聚合物在自然环境中由微生物进行分解 再回归到自然 其中 生物降解聚酯的开发和应用进展最快 目前代表性的产品有 由微生物产生的聚羟基丁酸酯及其共聚物 化学合成的聚乳酸 丁二醇酯共聚物 聚己内酯等脂肪族聚酯 它们已在许多领域开发应用 前景广阔 发展历史 70年代末 微生物合成聚酯聚羟基脂肪酸酯 PHB 英国ICI公司 美国Monsanto公司80年代 化学合成聚酯 开环聚合 聚乳酸 PLA 美国Cargill公司聚己内酯 PCL 美国U C C 公司90年代 化学合成聚酯 缩合聚合 脂肪族二元醇酸聚酯 PBS 日本昭和高分子公司 美国Eastman公司等 生物可降解聚酯的分类 用微生物制造的高分子植物和动物制造的高分子化学合成的高分子 聚酯 纤维素 聚氨基酸 纤维素 淀粉 甲壳质 胶原 聚乳酸 聚己内酯 聚丁二酸丁二醇酯 聚羟基烷酸酯PHA 聚羟基脂肪酸酯是近20多年来迅速发展起来的天然生物高分子材料 它是一种很多种微生物合成的细胞内聚酯 PHA兼具有良好的生物相容性能 生物可降解性和塑料的热加工性能 因此同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料 已经成为生物材料领域最为活跃的研究热点 二十世纪七十年代英国ICI公司开发成功生物法PHA 并形成年产量在1000吨的生产规模美国Monsanto公司旗下的metaboIix公司开发了以水解糖为原料制备的PHA BioPoI 的新技术 我国在八十年代末九十年代初在国家也大力支持了清华大学和中国科学院微生物研究所进行PHA发酵法生产的技术开发 目前宁波天安公司形成了1000吨 年的生产能力 PHA的发酵工艺流程 PHA典型性能 聚己内酯PCL 聚己内酯Polycaprolactone 简称PCL 是由 己内酯在金属有机化合物 如四苯基锡 做催化剂 二羟基或三羟基做引发剂条件下开环聚合而成 属于聚合型聚酯 其分子量与歧化度随起始物料的种类和用量不同而异 聚己内酯典型性能 生物相容性在体内与生物细胞相容性很好 细胞可在其基架上正常生长 并可降解成CO2和H2O 生物降解性在土壤和水环境中 6 12月可完全分解成CO2和H2O 良好相容性可和PE PP ABS AS PC PVAC PVB PVE PA 天然橡胶等很好地互容 良好溶剂溶解性在芳香化合物 酮类和极性溶剂中很好地溶解 高结晶性和低熔点性Tg为 60 C 非常柔软 具有极大的伸展性 其熔点为60 63 C 可在低温成型 PCL的主要用途用途 在生物降解聚合物中最被看好的是聚酯 其中聚乳酸 PLA 是主要的 据2006年第9届世界生物聚合物会议信息 目前世界PLA的市场需求量每年不低于4万t 并预测今后将以20 的速度增长 PLA具有优异的生物相容性和降解性 其环境友好型特征不仅使它成功地作为生物降解塑料使用 而且引起纤维生产厂家的广泛兴趣 乳酸发酵 发酵法生产乳酸则起源于1841年Boutron和Fremy的自然发酵生产乳酸 纯种发酵工业生产乳酸则是1881年由CharlesE Avery公司开始 世界2002年发酵生产乳酸估计超过20万吨 我国的乳酸发酵工业开始于抗战时期的大西南 50年代江苏无锡制药二厂以大米原料发酵法生产乳酸 目前已形成约年产4万吨的生产能力 但年产量不足2万吨 工艺上多数采用德氏乳杆菌和植物乳杆菌发酵大米糖化醪液进行生产 聚乳酸 单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基 多个乳酸分子在一起 OH与别的分子的 COOH脱水缩合 COOH与别的分子的 OH脱水缩合 就这样 它们手拉手形成了聚合物 叫做聚乳酸 聚乳酸也称为聚丙交酯 属于聚酯家族 聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物 原料来源充分而且可以再生 聚乳酸的生产过程无污染 而且产品可以生物降解 实现在自然界中的循环 因此是理想的绿色高分子材料 聚乳酸典型性能 具有良好的生物相容性 机械性能及物理性能良好 相容性与可降解性良好 具有最良好的抗拉强度及延展度 聚乳酸的应用 汽车领域 车用脚垫 车座 一次性用品领域 电子领域 通过使用生物降解树脂能够解决现有CD盘片废弃时对环境造成的污染 PLA在燃烧时所消耗的能量比PC燃烧时所消耗的能量要少 从而减少二氧化碳的排量 若采用填埋方式 PLA在2 5年就能快速地生物降解 而PC则半永久地残留在土壤中 手机部件及机壳材料 生产聚乳酸的工艺 玉米淀粉经水解制成葡萄糖 再用乳酸杆菌厌氧发酵 发酵过程使用液体碱中和生成的乳酸 发酵液经过净化后 使用电渗析工艺制成纯度达到99 5 L 乳酸 然后在真空条件下3个乳酸分子自行聚合生成丙交酯 再开环缩聚成PLA 但在此过程中 必须选择专门的催化剂和引发剂 同时 丙交酯必须经过提纯 否则难以获得分子量较高的聚合物 此外为了防止副反应 还要采用惰性气体 目前PLA的最大的产业化规模已经达到14万吨 年 吨生产成本约为2500美元 国外聚乳酸生产 2002年美国Cargill和Dow化学在明尼苏达州合建了世界上年产14万吨的聚乳酸的生产厂NATUREWORKS公司 从而开创了用农产品生产塑料的产业化新时代 日本岛津 三井 油墨公司 代塞尔化学公司 分别均有500 1000t a装置 并均计划扩建 德国EmsInventa Fischer公司 在德东部建年产3000吨PLA示范工厂 我国PLA研究进展 我国20世纪90年代研发成功L 乳酸 PLA列入国家攻关计划 中国食品发酵工业研究院承担了国家 十五 重点科技攻关项目 L 乳酸发酵新工艺和聚合新技术的研究 通过刻苦攻关 产品纯度各项指标均达到规定要求 在聚乳酸的一步法合成工艺的研究在国内居领先水平 许多科教单位投入力量建有多套实验装置 如中科院长春应化所 天津南开大学 东华大学 华南理工大学 华东理工大学 浙江大学 武汉大学等 聚酯聚丁二酸丁二醇酯 PBS 聚丁二酸丁二醇酯 PBS 的降解研究摘要PBS 聚丁二酸丁二醇酯 由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得 树脂呈乳白色 无嗅无味 易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解 代谢 最终分解为二氧化碳和水 是典型的可完全降解的生物降解性的聚酯塑料 PBS典型性能 聚丁二酸丁二醇酯 PBS 的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间 可直接做为塑料加工使用 PBS的降解机理 PBS的应用 聚丁二酸丁二醇酯 PBS 可以用做垃圾袋 包装袋 化妆品瓶 各种塑料卡片 婴儿尿布 农用材料及药物缓释载体基质等 共聚聚酯PHVB PHBV即新型生物高分子3 羟基丁酸酯和3 羟基戊酸酯的共聚物 它是一种用淀粉为原料 运用发酵工程技术生产出的生物材料 是一种生物聚酯 它由细菌生产 能被细菌消化 在土壤或堆肥化条件下完全分解为二氧化碳 水和生物质 美国帝国化学工业公司利用细菌把糖和有机酸制造成可生物降解的塑料 其方法与生产出乙醇的发酵工艺相似 所不同的只是 用的细菌是产碱杆菌属 能把喂食的物质转变成一种塑料 称为PHBV PHBV具有与聚丙烯相似的性质 这种材料在废弃后 即使在潮湿的环境下也是稳定的 但在有微生物的情况下 它将降解为二氧化碳和水 因此 这种塑料将不会给地球带来污染 P