生物可降解高分子材料.ppt

1、 聚乳酸聚乳酸 展望展望 6 生物降解材料的降解机理及评价生物降解材料的降解机理及评价 生物可降解高分子材料的开发生物可降解高分子材料的开发 3 4 5 现阶段面临的问题现阶段面临的问题 生物可降解材料及其分类生物可降解材料及其分类 1 2 随着科技进步和社会随着科技进步和社会 生产力的极大提高，人类生产力的极大提高，人类 创造了前所未有的物质财创造了前所未有的物质财 富，加速推进了文明发展富，加速推进了文明发展 的进程。与此同时，人口的进程。与此同时，人口 剧增、资源过度消耗、环剧增、资源过度消耗、环 境污染、生态破坏等成为境污染、生态破坏等成为 全球性的重大问题，严重全球性的重大问题，严重

2、 地阻碍着经济的发展和人地阻碍着经济的发展和人 民生活质量的提高，继而民生活质量的提高，继而 威胁着全人类的未来生存威胁着全人类的未来生存 和发展。和发展。 问问 题题 随着高分子材料的随着高分子材料的 迅速发展人类面临迅速发展人类面临 两个难以解决的问两个难以解决的问 题：题：环境污染和资环境污染和资 源短缺源短缺。大多数合。大多数合 成高分子材料耐腐成高分子材料耐腐 蚀性较好，在自然蚀性较好，在自然 环境下难以分解，环境下难以分解， 造成严重的污染。造成严重的污染。 2020世纪后材，合世纪后材，合 成高分子料这方成高分子料这方 面的研究突飞猛面的研究突飞猛 进给人们的生活进给人们的生活

3、带来巨大便利。带来巨大便利。 便便 利利 大量废大量废 弃物弃物, ,难难 以分解以分解 废弃物 的处理 白色 污染 所作的所作的 努力努力 技术技术 鼓励鼓励 呼吁呼吁 保护地球，减少白色污染 虽然我们已采取了很多措施，但问题仍很迫切所以虽然我们已采取了很多措施，但问题仍很迫切所以, , 寻找新的环境友好的非石油基聚合物是当前全球关注的寻找新的环境友好的非石油基聚合物是当前全球关注的 课题，课题，可生物降解材料可生物降解材料正是治标又治本的有效途径。正是治标又治本的有效途径。 可生物降解的天然高分子化合物具有可生物降解、可生物降解的天然高分子化合物具有可生物降解、 来源广、易化学改良等优点，

4、使它在很多领域的研究与来源广、易化学改良等优点，使它在很多领域的研究与 应用中具有重要意义和广阔前景。可降解高分子极大地应用中具有重要意义和广阔前景。可降解高分子极大地 改善了原来的高分子材料使用后无法自然分解而产生大改善了原来的高分子材料使用后无法自然分解而产生大 量废弃物的缺陷，能从根本上解决废弃物所造成的环境量废弃物的缺陷，能从根本上解决废弃物所造成的环境 问题。问题。 生物降解材料，是一种环保高分子材料，亦称生物降解材料，是一种环保高分子材料，亦称 为为“绿色生态材料绿色生态材料”，指在一定时间和适当自然条，指在一定时间和适当自然条 件下，能在自然界的微生物及其分泌物或化学分解件下，能

5、在自然界的微生物及其分泌物或化学分解 作作 用下，由大分子分解为小分子的材料。用下，由大分子分解为小分子的材料。 可降解材料无论属哪类，都有其共同的特点，可降解材料无论属哪类，都有其共同的特点， 就是在材料的化学结构上通过新的高分子合成技术就是在材料的化学结构上通过新的高分子合成技术 引入了引入了易分解的基团易分解的基团，易断裂的化学键，易转移的，易断裂的化学键，易转移的 原子或基团，或分子上连接或整体成分中掺合了一原子或基团，或分子上连接或整体成分中掺合了一 些微生物可吞食的成分。些微生物可吞食的成分。 生物破坏生物破坏 型材料型材料 掺混型天然材料掺混型天然材料 天然高分子型材料天然高分子

6、型材料 化学和成型材料化学和成型材料 微生物和成型微生物和成型 淀粉类淀粉类 脂肪族聚酯类脂肪族聚酯类 矿物质类矿物质类 完全生物完全生物 降解材降解材 一次性用品一次性用品日常百货日常百货 产品技科产品技科 生物医学生物医学 领域领域 生物可降解 高分子材料 的应用 高分子材料表面被微生物高分子材料表面被微生物 黏附黏附 微生物在酶的作用下，将高分微生物在酶的作用下，将高分 子断裂成相对分子量较低的小子断裂成相对分子量较低的小 分子化合物分子化合物 微生物吸收或消耗小分子化合微生物吸收或消耗小分子化合 物，经过代谢最终形成物，经过代谢最终形成coco2 2,h,h2 2o o 一般认为生物降

7、解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化一般认为生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化 学作用，同时伴有其他物理化学作用，如水解、氧化等，这些作用学作用，同时伴有其他物理化学作用，如水解、氧化等，这些作用 相互促进，具有协同效应。生物降解过程主要分为三个阶段：相互促进，具有协同效应。生物降解过程主要分为三个阶段： (1) (2) (3) 一 二 三 四 土土 埋埋 试试 验验 环环 境境 微微 生生 物物 试试 管管 试试 验验 培培 养养 特特 定定 的的 微微 生生 物物 试试 验验 酶酶 解解 试试 验验 生物降解性能评价方法生物降解性能评价方法 归纳起来，主要有以下归纳起来，主

8、要有以下4 4种种 合成方法 微生物发酵微生物发酵 法法 天然高分子天然高分子 的改造法的改造法 酶促合成法酶促合成法 ( (新方法新方法) ) 化学合成法化学合成法 和和 近年来，国家加大了对环境和生物技术的投入。环境友好的近年来，国家加大了对环境和生物技术的投入。环境友好的 材料，特别是来源于可再生资源的材料得到快速的发展。材料，特别是来源于可再生资源的材料得到快速的发展。 生物材料的发展分材料的获得和应用两方面。生物材料的发展分材料的获得和应用两方面。 在众多的降解材料中，聚乳酸在众多的降解材料中，聚乳酸(pla)(pla)以其优良的生以其优良的生 物相容性和生物降解性在各个行业中的应用

9、前景脱物相容性和生物降解性在各个行业中的应用前景脱 颖颖 而出，其又称而出，其又称“玉米塑料玉米塑料”，是由植物玉米经过生，是由植物玉米经过生 物物 发酵作用生产出乳酸，再经过一定的化学方法合成发酵作用生产出乳酸，再经过一定的化学方法合成 而而 制备到的。制备到的。 其降解产物为二氧化碳和水，不会对环境造成污其降解产物为二氧化碳和水，不会对环境造成污 染染 ，是一种可持续发展的生态材料，因此，在以环境，是一种可持续发展的生态材料，因此，在以环境 和和 可再生发展为主题的今天，聚乳酸受到人们越来越可再生发展为主题的今天，聚乳酸受到人们越来越 多多 的重视。纵观国内外，对聚乳酸的相关研究是现阶的重

10、视。纵观国内外，对聚乳酸的相关研究是现阶 段段 的热点，主要有对其及其共聚物、复合材料的制备的热点，主要有对其及其共聚物、复合材料的制备 和和 性质的研究。性质的研究。 聚乳酸的合成基本上可以沿两条路线：一是乳聚乳酸的合成基本上可以沿两条路线：一是乳酸直酸直 接缩聚法接缩聚法; ;另一种是另一种是开环聚合开环聚合，即乳酸先生成环状丙，即乳酸先生成环状丙 交酯，再在引发剂存在下开环聚合。交酯，再在引发剂存在下开环聚合。plapla直接缩聚法直接缩聚法 是在高温条件下乳酸分子中的羟基和羧基发生酯化是在高温条件下乳酸分子中的羟基和羧基发生酯化 反应制备而成。其反应过程可简单表示如下：反应制备而成。其

11、反应过程可简单表示如下： 开环聚合是制备高分子量开环聚合是制备高分子量plapla的一个重要途径，该方法分为的一个重要途径，该方法分为 两步两步: :首先是乳酸分子间发生酯化反应生成乳酸低聚体，低聚首先是乳酸分子间发生酯化反应生成乳酸低聚体，低聚 体再在较高温度下裂解环化得到丙交酯；随后由精制过的丙体再在较高温度下裂解环化得到丙交酯；随后由精制过的丙 交酯在一定条件下开环聚合成聚乳酸。用这种方法可以制备交酯在一定条件下开环聚合成聚乳酸。用这种方法可以制备 分子量高达分子量高达7070到到100100万的万的plapla。其反应过程可简单表示如下：。其反应过程可简单表示如下： 研研 究究 很很

12、充充 分分 2002 2001 2000 卡吉尔卡吉尔- -陶氏聚合物公司：陶氏聚合物公司：2002年在美国内布斯加州巴拉尔建成14万吨/年聚乳酸生物降解塑装置。 美国的美国的cereplastcereplast公司：公司： 用聚乳酸(pla)、淀粉和纳米组分添加剂生产100的生物基塑料。 inventainventa fisher fisher公司：公司： 开发了基于淀粉的技术并生产pla 。 日本日本necnec公司公司( (日电日电) ) ：在世界上率先开发成功具有超过不锈钢热传导能力的生物塑料。 日本尤尼奇卡公司日本尤尼奇卡公司 ：推出注塑级聚乳酸纳米复合材料新产品。 日本富士通电子集

13、团日本富士通电子集团 ：2002年使用谷物生产的pla在世界上首次制造笔记本电脑外壳部件。 巴斯夫公巴斯夫公司司 : :推出ecovio 产品含有45( m) pla。将首次应用于购物袋柔性薄膜。 杜邦杜邦包装公司包装公司: :2007年正式向市场推出食品级聚乳酸(pla)生物塑料。 puraepurae公司公司 : : 该公司采用丙交酯为受限制的聚乳酸(pla)市场提供新的技术和经济解决方案。 工业生产 v 我国已建或拟建的聚乳酸项目我国已建或拟建的聚乳酸项目 (2007年年) 为了更好的实现可生物降解材料的产业化，今后为了更好的实现可生物降解材料的产业化，今后 还应该在以下几个方面做出努力：还应该在以下几个方面做出努力： 一是建立快速、一是建立快速、 简便的生物降解性的评价方法；简便的生物降