生物可降解材料

生物可降解材料主講人：王莉Contents生物降解材料概況1生物降解材料的種類與性能2生物降解材料的降解機(jī)理3生物降解材料的應(yīng)用范圍4面臨的問(wèn)題和解決辦法6生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)5生物降解材料概況

當(dāng)代社會(huì)，每天千萬(wàn)噸的垃圾中，焚燒—填埋—回收再利用是最為普遍的處理手段，而由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)不可收拾。生物降解材料是隨著環(huán)境、能源等矛盾的凸顯而發(fā)展起來(lái)的新型材料，作為一種可自然降解的材料，在環(huán)保方面起到了獨(dú)特的作用，已作為解決“白色污染”最為有效的途徑。據(jù)美國(guó)ASTM（材料和實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)）定義：生物降解材料是在細(xì)菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下能發(fā)生化學(xué)、生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。生物降解材料的種類與性能由生物通過(guò)各種碳源發(fā)酵得到的一類高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，具有良好的降解性和熱塑性。其中，聚乳酸是近年來(lái)開(kāi)發(fā)研究最活躍的降解材料之一。大多是在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基的脂肪族聚酯，其制備方法主要包括縮合聚合和開(kāi)環(huán)聚合。由生物體內(nèi)提取或自然環(huán)境中直接得到的一類大分子，具有良好的生物相容性和可降解性，但機(jī)械性能較差。天然高分子可降解材料微生物合成的可降解材料人工合成可降解材料天然高分子物質(zhì)分為天然蛋白質(zhì)、多糖及其衍生物，還包括一些生物合成聚酯。例如淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、甲殼素、蛋白質(zhì)等，它們來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，特別是天然產(chǎn)量居首位的纖維素和甲殼素，年生物合成量超過(guò)1010噸合成高分子材料比天然高分子材料具有更多的優(yōu)點(diǎn)，它可以從分子化學(xué)的角度來(lái)設(shè)計(jì)分子主鏈的結(jié)構(gòu)，從而控制高分子材料的物理性能，而且可以充分利用來(lái)自自然界中提取或合成的各種小分子單體。不過(guò)如何精確地通過(guò)設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)控制其性能方面還有待進(jìn)一步的研究。生物降解材料的可降解機(jī)理由于生物細(xì)胞增長(zhǎng)而使聚合物組分水解、電離或質(zhì)子化而發(fā)生機(jī)械性破壞，分裂成低聚物碎片生物物理作用微生物侵蝕導(dǎo)致材料分裂或氧化崩裂酶直接作用微生物對(duì)聚合物作用而產(chǎn)生新物質(zhì)(CH4，CO2和H2O)生物化學(xué)作用生物降解材料的生物降解，是指生物降解材料在生物作用下發(fā)生降解、同化的過(guò)程。發(fā)揮生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻類，降解機(jī)理主要可分為3類：生物降解材料的應(yīng)用范圍生物降解材料的應(yīng)用范圍環(huán)保領(lǐng)域水資源環(huán)境領(lǐng)域食品容器和包裝行業(yè)農(nóng)林業(yè)方面醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外科手術(shù)縫合線藥物緩釋劑骨固定材料人造皮膚

生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)聚羥基脂肪酸酯淀粉聚乳酸聚己內(nèi)酯聚丁二酸丁二醇酯五大熱門可降解材料近年來(lái)比較活躍最理想的生物可降解材料是利用可再生資源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。這種生物材料可以被生物所重新利用，能夠降解，產(chǎn)物最好是二氧化碳和水，從而使這種材料的生產(chǎn)和使用納入自然界的循環(huán)。

生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)淀粉基生物降解塑料可分為填充型淀粉基塑料和完全生物降解淀粉塑料。填充型淀粉基塑料〔w(淀粉)=7%～30%〕,即屬于生物破壞性塑料,它只有淀粉降解,其中的PE、PVC

等很少降解,一直殘留于土壤中,日積月累仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,此類產(chǎn)品已屬于淘汰型。真正有發(fā)展前途的是全淀粉塑料〔w(淀粉)≥90

%〕,其中添加的少量增塑劑也是可以生物降解的。這類塑料在使用后能完全生物降解,最后生成二氧化碳和水,不污染環(huán)境,是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外淀粉降解塑料研究的主要方向。

淀粉應(yīng)用環(huán)保玉米淀粉牙簽淀粉的用途十分廣泛,可制作粘膠,塑料,食品等多種產(chǎn)品。如名菜豬肉燉粉條是用紅薯淀粉做的，龍口粉絲是用綠豆淀粉做的。淀粉牙簽一般是用玉米和綠豆的淀粉制成。

淀粉牙簽經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能避免大量森林資源被砍伐，它是國(guó)際綠色工業(yè)浪潮的必然產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)潛力和競(jìng)爭(zhēng)力。

生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，它是由生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防滲透性，同時(shí)具有與聚苯乙烯相似的光澤度、透光性和加工性。

減少給藥次數(shù)和給藥量聚乳酸聚乳酸應(yīng)用聚乳酸包裝袋聚乳酸應(yīng)用聚乳酸人造皮膚聚乳酸導(dǎo)管支架聚乳酸應(yīng)用組織工程耳朵組織工程支架示意圖生物降解材料存在的主要問(wèn)題價(jià)格昂貴，不易推廣應(yīng)用加工困難，尚未完全達(dá)到實(shí)用階段降解可控、回收利用等技術(shù)不足尚無(wú)統(tǒng)一評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)人工合成，工藝復(fù)雜、性能不穩(wěn)定主要問(wèn)題解決辦法1對(duì)生物降解塑料產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展采取補(bǔ)貼政策，包括中央政府補(bǔ)貼和地方政府補(bǔ)貼。中央財(cái)政可采用科技攻關(guān)資金、貼息等補(bǔ)貼方式2對(duì)利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物降解塑