生物质材料简介VIP

.,生物质材料简介,于海龙,.,生物质材料的诞生,面对石油基塑料造成的“白色污染”问题，20世纪90年代国际材料界提出了生态材料（ecomaterials)的概念。生态材料：只要经过改造能达到节约资源、并与环境协调共存要求的任何一种材料。2003年11月，第一届生物基聚合物国际会议在日本召开。会议对生物基聚合物定义为：生物基聚合物是由可再生资源(如淀粉、秸秆等)、二氧化碳等为原料生产的聚合物，如聚酰胺、多糖、聚酯、聚异戊二烯类、多酚及它们的衍生物、混合物和复合物。,.,定义,生物质指利用大气、水、大地,通过光合作用而产生的各种有机体。生物质的主要组成元素为C、H和O。生物质材料指由动物、植物及微生物等生命体衍生而来，主要由碳、氢、氧，三种元素构成的有机高分子物质。以二氧化碳通过光合作用产生的淀粉、纤维素、半纤维素等可再生资源为原料生产、并且使用后可以在自然环境中被微生物或光降解为水和二氧化碳、或者通过堆肥作为肥料再利用的聚合物称作生物质材料(BiomassmateriaI)。,.,生物质材料的分类,淀粉与可生物降解塑料混炼二氧化碳共聚物生物合成可生物降解塑料生物合成前体再化学聚合生成可生物降解塑料,.,淀粉与可生物降解塑料混炼,采用脂肪族聚酯或者脂肪族聚酯混合淀粉制造，脂肪族聚酯主要包括以可再生资源为原料生产的聚乳酸、由微生物合成的聚羟基脂肪酸酯(如PHB、PHA)等，还有以石油为原料合成的聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚体。此类材料性能尚不能完全与石油基塑料媲美，只能用做一般包装，但价格相对便宜。,.,二氧化碳共聚物,二氧化碳聚合生产的可降解塑料目前它的应用主要集中在包装和医用材料上，但成本还是很高,.,生物合成可生物降解塑料,由微生物直接合成生产的热可塑性高分子材料主要是一羟基丁酸酯类聚合物。主要为美国Metboxi公司和中国的宁波天安公司，但产品的结晶性太强，机械物性不好，容易被热降解，难以进行加工，且成本较高，只能用于生物医学工程和组织工程等高价值产品。,.,生物合成前体再化学聚合生成,最典型的以可发酵糖为原料生物合成前体再化学聚合生成可生物降解塑料就是聚乳酸聚乳酸不仅具有良好的生物相容性，还具有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法。可以作为一种重要原料可像聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等热塑性塑料那样加工成各种下游产品，包括薄膜、包装袋、包装盒、食品容器、一次性快餐盒、饮料用瓶等；由于透气性好，它还可以作为一种出色的材料用于纺丝织布，加工成聚乳酸内衣、外套和袜子等纺织品。,.,典型的生物质材料,甲壳素基材料纤维素基材料淀粉基材料魔芋葡甘聚糖,.,淀粉基材料,淀粉及其水解产物葡萄糖经发酵可产生醇、醛、酮酸、酯、醚等有机化学品，可作为生产高分子材料的原料淀粉经物理、化学或生物的方法进行改性可制备多种淀粉衍生物，并已广泛应用于造纸、纺织、制革、胶粘剂、制药、化妆品、洗涤剂、超吸水材料、水处絮凝剂等领域。以热塑性淀粉及淀粉衍生物为基底添加增塑剂或者将淀粉及其衍生物作为添加剂与可降解的合成高聚物共混、接枝共聚等可制备生物可降解塑料。,.,产品,全淀粉热塑性塑料淀粉含量在90%以上，添加的其他组分也是可降解的。制造原理为使淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性能的淀粉，其淀粉分子构型发生变化，但其化学结构并没有改变。,.,应用,.,淀粉与可生物降解塑料混炼,.,甲壳素基材料,.,甲壳素的存在,天然有机化合物中，数量最大的是纤维素（植物生成），其次是甲壳素（动物生成）。估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿1000亿吨。甲壳素是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、昆虫外壳、真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中。,.,甲壳素、壳聚糖的应用,功能材料医药卫生方面的应用食品工业中的应用农业中的应用轻纺工业中的应用在水处理中的应用,.,功能材料,液晶由于壳聚糖分子链上有氨基和羟基，可进行各种化学修饰，从而可提供比纤维素液晶更多的液晶理论知识和开发出更多的液晶材料。,.,功能材料,智能材料有一类高分子水凝胶，能感知外界环境的细微变化（如pH值、离子强度、温度、紫外光和可见光及特异化学物质等的变化），并通过体积的溶胀和收缩来响应这些来自外界的刺激，利用这些特性，可作为人工智能材料。,.,在医药卫生方面的应用,医用敷料甲壳素和壳聚糖纤维制成的医用敷料有非织造布、纱布、绷带、止血棉等，主要用于治疗伤、烫伤病人。作用：（1）给病人凉爽之敷感以减轻其伤口疼痛（2）具有极好的氧通透性以防止伤口缺氧；（3）吸收水分并通过体内酶自然降解而不需要另外去除；（4）降解产生可加速伤口愈合的N-乙酰葡萄糖胺，大大提高了伤口愈合速度。,.,在医药卫生方面的应用,甲壳质缝线,.,在医药卫生方面的应用,伤口包扎材料护创膜,.,在轻纺工业中的应用,抗菌纤维和织物壳聚糖具有广谱抗菌性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌等多种织物细菌。用含壳聚糖的乳液对PET纤维或其制品进行涂覆处理，得到具有抗菌活性的涤纶及其制品。壳聚糖的吸水能力很强，是纤维素的两倍数以上，而且经多次洗涤也不会减弱；壳聚糖具有微细的小孔结构，有毛细管作用，吸收的汗液可以迅速散发出去，使细菌不易附着并滋生，从而增强了它的抗菌作用。,.,在轻纺工业中的应用,织物染色性能的改善由于壳聚糖与纤维素有相似的结构，极容易吸附到织物表面上，并且在稀酸溶液中，壳聚糖带有正电荷，可以提高阴离子染料上染速率和固色率，对日晒牢度及水洗牢度有所改善,.,魔芋葡甘聚糖,魔芋葡甘聚糖，又称KGM，是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，为所有膳食纤维中的优品，不含热量、有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，抑制脂肪酸的合成，具有极佳的减脂瘦身作用。魔芋膳食纤维是以魔芋根茎为原料,加工提取而获得.其有效物质含量最高可达到95%以上。,.,魔芋及其根茎,.,生物质材料的发展方向,（1）高