生物降解材料PBS材料.ppt

生物降解材料PBS 生物降解材料簡介 生物降解材料提出背景 資源短缺 能源過度消耗 生態(tài)環(huán)境惡化 生物降解材料簡介 什么是生物降解材料 定義 目前為止 國際上對生物降解高分子材料的定義仍未達成統(tǒng)一 美國測試與材料協(xié)會 ASTM 通過的生物降解塑料的定義是 生物降解塑料是指在自然界條件下 能為微生物所降解的塑料 國際上對生物降解聚合物嚴格意義上的定義是 在有氧及無氧條件下 聚合物在微生物及動植物體的作用下 其物理 化學性能發(fā)生下降及形成CO2 H2O CH4及其它一些小分子量化合物的聚合物 舉例PBS 聚丁二酸丁二醇酯 英文簡稱PBS 它是一種典型的脂肪族聚酯 脂肪族聚酯由于其生物降解性和經濟性 已成為國內外研究的熱點 PBS同時也是一種新型的可生物降解高分子材料 其降解與應用的研究始于20世紀90年代 對于環(huán)境友好材料和生物材料而言 PBS基降解材料的制備與應用是新興的研究領域 同時 合成PBS的主要原料1 4 丁二酸和1 4 丁二醇不僅可以由石油化工路線得到 可以由煤化工路線和生物發(fā)酵的途徑得到 因此更具環(huán)保意義和經濟價值 PBS介紹 應用廣泛 PBS降解機理 材料降解是指在保存期內材料性能不變 而使用后在一定環(huán)境條件下能夠被降解 其過程是材料被細菌 霉菌等作用消化吸收的過程 大致分為兩步 1 微生物向體外分泌水解酶 和材料表面結合 通過水解切斷高分子鏈 生成分子量小于500g mol以下的小分子量的化合物2 降解的生成物被微生物攝入體內 經過種種的代謝路線 合成為微生物體內所需物質或轉化為微生物活動的能量 最終都轉化為水和二氧化碳 PBS降解機理 PBS的降解要經過2個階段 在一次分解中通過微生物在菌體外分泌的酶與其表面接觸 由表及里順序進行分解 PBS在一次降解中使用粉制的酶 脂肪酶 通過水解反應 可很快分解 生成二羧酸 二元醇類物質以及5聚體以下的低分子量聚酯的混合物 接著是完全分解過程 在一次分解中生成的低分子量中間生成物被菌體所侵蝕 通過各式各樣的代謝 在透氣性好的條件下分解成二氧化碳和水 在透氣性差的條件下則變成了二氧化碳和甲烷 脂肪族聚酯的微生物降解反應示意如下 脂肪酶攻擊 細菌 水解 材料碎片 微生物利用 PBS降解機理 能夠分解脂肪族聚酯的微生物種類很多 包括許多細菌和霉菌等 它們廣泛分布在自然界中 其中以土壤中最多 PBS基塑料理論上容易被微生物降解 但隨其共聚組分 相對分子質量的不同 降解性有很大差別 酯鍵之間結合的亞甲基數(shù)為4 8時 脂肪族聚酯較容易降解 聚合物鏈中存在苯環(huán)結構和脂肪族醚鍵等 其生物降解性下降 PBS的相對分子質量大以及親水性差 也不利于微生物的侵蝕 繁殖與生物降解 合成方法 脂肪族聚酯的合成方法理論上有生物發(fā)酵法和化學合成法兩種方法 但是生物發(fā)酵法的成本很高 故PBS的合成絕大部分使用的是化學合成法 化學合成法又包括直接酯化法和酯交換法 大多數(shù)采用直接聚合的方法 直接酯化法 以丁二酸和丁二醇直接縮聚得到PBS 其合成方法由兩步完成 先在較低的反應溫度下將二元酸與過量的二元醇進行酯化 形成端羥基預聚物 然后在高溫 高真空和催化劑的存在下脫除二元醇 得到PBS聚酯 合成方法 酯交換反應法 二元酸二甲酯與等量的二元醇 在催化劑存在下 高溫 高真空脫甲醇進行酯交換反應得到PBS聚酯 擴鏈法 在前兩種合成反應過程中 需要不斷地排除小分子產物 從而獲得所需相對分子質量的聚酯 但是在縮聚反應后期 溫度往往超過200 時 會發(fā)生脫羧 熱降解 熱氧化等副反應 影響相對分子質量 此時為了提高相對分子質量 可采取擴鏈反應 利用擴鏈劑提高其相對分子質量 展望 現(xiàn)在研究熱點主要集中在以下幾個方面 創(chuàng)新合成途徑 改進生產工藝以得到高分子量的PBS聚合物 對PBS進行改性或與其他材料復合制成綜合性能優(yōu)異的復合材料 尋找價格低 來源廣的填料 降低產品的成本 目前 在PBS的某些應用研究領域還存在局限 如不同研究者提出的觀點存在