生物基高分子材料
生物基高分子材料尼龙5单体5-氨基戊酸生物合成研究进展
生物技术2021年第3期C®川恋业科415KHUMI AERKUUnjMl.SCIENCE AND T KHN0W6Y 生物基高分子材料尼龙5单体5-氨基戊酸生物合成研究进展罗洲，崔华伟，涂文应，曹瑞琪，李强，苟兴华,程杰(成都大学/农业农村部杂粮加工重点实验室，四川，成都,610106)摘要：5-氨基戊酸(5AVA)是生物基聚酰胺材料尼龙5和尼龙6,5的单体。
尼龙5和尼龙6,5是重要的工程塑料，广泛应用于机械、化工、仪表、汽车等工业。
目前工业上合成5AVA主要使用化学合成,但是化学合成法无法满足市场对生物基聚氨酯材抖日益增长的需求，且化学合成法污■染大，对环境不友好。
因此，生物法合成5AVA引起了广泛关注。
本文综述了生物法合成5AVA的研究现状和发展前景。
生物合成法包括发酵法、全细胞催化法、生物酶法等。
总结了目前生物合成5AVA4种生物合成途径，对这4种生物合成途径的宿主、合成策略、产物浓度、得率等进行了总结和比较。
关键词：5-氨基戊酸;聚氨酯材料尼龙5；L-赖氨酸;赖氨酸a-氧化酶；生物合成15-氨基戊酸概述5-氨基戊酸(5AVA),英文名称为5-Aminovaleric acid,分子式为C5H11NO2,分子量为117.15。
5AVA溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醵和苯。
5AVA有1个氨基和1个竣基。
其化学结构如图1所示。
5AVA是一种生产尼龙5和尼龙6,5的潜在原料，也能用于合成戊二酸、$-戊内酰胺、1,5戊二醇和5-轻基戊酸等C5平台化学品。
目前工业上制备5AVA主要使用化学法。
一般采用戊内酰胺或戊内酰胺聚合物水解后精制而得。
这些方法与生物法相比反应条件苛刻,能耗大，设备腐蚀大,效率低,分离复杂。
因此开发生物基来源的5AVA生物合成路线具有重要的现实意义。
5AVA可用于合成新型人造纤维尼龙5等重要工程塑料，广泛应用于化工、轻纺等工业。
2016年，全球聚酰胺的市场约为240亿美元，预计到2022年，市场需求将超过300亿美元，平均年增长率将超过5.5%。
生物基高分子材料
8000 7000
7400
6000
5000
4000
3329
3000
1726
2000
872
864
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2 0 3 10 3 3 5
0
1999
2005
表观消费 生产
4800
进口
2600
2011
面对挑战，高分子材料如何做贡献？
人类面临的挑战：资源（水、能源等）、粮食、医疗与健康等等。 能源：世界70亿人，12亿人在发达国家，目前40亿人在搞工业化。世界人均消费
高分子材料主要包括塑料、橡胶和纤维三大材料，还包括涂料、胶 粘剂和高分子基复合材料等。
高分子材料体积消费量早已超过钢材。其中塑料是消费量最大的高 分子材料，2007年全世界共消费2.6亿吨塑料，约是钢材体积消费量 的1.5倍。
4
高分子材料在日常生产中发挥了重要作用
塑料是汽车工业的重要原材料
和聚乳酸及淀粉等有良好的相容性良好的耐水性耐热性和综合力学性能这是相对其他可降解塑料的优加工性能非常好温度窗口宽可在通用加工设备上注射热热成型和吹膜等各类成型加工是目前通用型降解塑料中加工性能最好的物理性能物理性能加工性能加工性能工艺性能工艺性能性能pbsplapphdpeldpe玻璃化转变温4255120120熔点c114170180164130108热变形温度97551108249拉伸强度mpa3566322812断裂伸长率800650400缺口冲击强度5211566949降解15天后的pbsa20薄膜表面降解15天后的pbsm20薄膜表降解15天后的pbs2m20薄膜表面降解15天后的pbsbs20薄膜表生产厂家产品商品名实际产能宣传产能特性日本三菱pbsgreenpla1500注塑和吸塑日本昭和pbsbionolle1000食品领域应用受到限制德国巴斯夫ecoflex7000薄膜中国安庆和兴pbs10000注塑和吸塑中国杭州鑫富pbs3000注塑和吸塑全球全球pbspbs产业化情况产业化情况
生物基高分子材料
生物基高分子材料的应用有助于实现 可持续发展目标，推动绿色低碳经济 的发展。
04
生物基高分子材料的性能优化 与改性
生物基高分子材料的共混改性
共混改性是通过将两种或多种聚合物混合，以达到改善单一聚合物性能的目的。对于生物基高分子材料，共混改性可以改善 其加工性能、力学性能、热性能和阻隔性能等。例如，将生物基聚合物与可降解聚合物共混，可以提高其降解性能和环境适 应性。
生物基高分子材料的性能特点
可降解性
生物基高分子材料在一定的环境条件下可以发生降解，减少对环境的 污染。
生物相容性
部分生物基高分子材料具有良好的生物相容性，可用于医疗、制药等 领域。
力学性能
生物基高分子材料的力学性能取决于其结构和制备工艺，部分材料具 有较好的强度、韧性和耐磨性。
热性能
生物基高分子材料的热稳定性、耐热性等性能取决于其分子结构和制 备工艺，部分材料可在一定温度下使用。
分类
根据原料来源和制备工艺的不同，生 物基高分子材料可分为天然生物基高 分子材料和人工生物基高分子材料。
生物基高分子的来源与制备
来源
生物基高分子的原料主要来自可再生生物质资源，如淀粉、纤维素、木质素、单细胞蛋白等。
制备
生物基高分子的制备方法主要包括生物发酵、酶催化、化学合成等。其中，生物发酵和酶催化是利用 生物技术制备生物基高分子的主要方法，而化学合成则是通过化学反应将生物质资源转化为高分子材 料。
THANKS。
共混改性常用的方法包括机械共混、溶液共混和熔融共混等。通过选择合适的共混方法和条件，可以控制生物基高分子材料 的相态结构和分散状态，进一步优化其性能。
生物基高分子材料的填充增强
填充增强是通过在聚合物中添加固体填料或纤维，以提高其 力学性能、热性能、阻隔性能和降低成本的方法。对于生物 基高分子材料，填充增强可以进一步增加其生物质含量，降 低生产成本，并提高其应用性能。
织物用新型纤维的研究现状及发展趋势
织物用新型纤维的研究现状及发展趋势一、研究背景和意义随着科技的不断进步，人们对纺织品的需求也在不断提高。
传统的纤维已经不能满足人们的需求，因此新型纤维的研究和开发变得尤为重要。
织物用新型纤维的研究现状及发展趋势，正是针对这一问题而展开的。
首先我们需要了解什么是新型纤维，新型纤维是指在传统纤维的基础上，通过改变其分子结构、形态或加工方式等手段制成的具有特殊性能的纤维。
这些新型纤维具有更好的强度、耐磨性、透气性和抗菌性等特点，可以广泛应用于纺织业。
其次我们需要知道为什么研究新型纤维如此重要，随着全球经济的发展和人口的增长，对纺织品的需求也在不断增加。
而传统的纤维已经不能满足人们的需求，因此需要开发出更加优质、环保和可持续的新型纤维来满足市场需求。
此外新型纤维还可以应用于医疗、航空航天等领域，具有广阔的应用前景。
我们需要了解目前新型纤维的研究现状及发展趋势，目前国内外许多科研机构和企业都在积极开展新型纤维的研究和开发工作。
其中一些具有代表性的新型纤维包括：超细纳米纤维、多功能复合纤维、可生物降解纤维等。
未来随着技术的不断进步和人们对环保意识的提高，新型纤维将会得到更广泛的应用和发展。
1. 纤维材料在纺织品中的应用在纺织品领域，纤维材料的应用可谓是无所不在。
从我们日常生活中穿的衣物、家居用品，到各种工业用途的材料，纤维材料都在起着关键作用。
比如我们的内衣、袜子、床上用品等，都是由纤维材料制成的。
而在工业领域，纤维材料也被广泛应用，如汽车、飞机、建筑等领域都需要使用各种类型的纤维材料。
此外随着科技的发展，新型纤维材料也不断涌现出来。
这些新型纤维材料不仅具有传统纤维材料的优点，还具有一些新的特性和功能。
例如有些新型纤维材料可以防火、防水、防紫外线等，这些特性使得它们在特定的领域得到了广泛的应用。
纤维材料在纺织品中的应用非常广泛，而且随着科技的发展，新型纤维材料的出现也为我们的生活带来了更多的便利和选择。
2. 传统纤维材料的局限性和问题尽管新型纤维材料的研究取得了很大的进展，但我们不能忽视传统纤维材料所面临的局限性和问题。
生物基聚乙二醇
生物基聚乙二醇生物基聚乙二醇（Bio-based Polyethylene Glycol，简称Bio-PEG）是一种重要的生物基高分子材料，具有广泛的应用前景。
本文将从生物基聚乙二醇的定义、制备方法、性质特点以及应用领域等方面进行探讨。
一、生物基聚乙二醇的定义生物基聚乙二醇是一种以可再生资源为原料制备的聚合物，主要成分为乙二醇和生物基聚酯。
与传统的聚乙二醇相比，生物基聚乙二醇具有更低的环境污染和能源消耗，因此备受关注。
生物基聚乙二醇的制备方法多样，常见的包括酯交换法、环氧化法和直接聚合法等。
其中，酯交换法是目前应用最广泛的方法之一。
该方法通过将生物基聚酯与乙二醇进行酯交换反应，得到生物基聚乙二醇。
三、生物基聚乙二醇的性质特点1. 可降解性：生物基聚乙二醇具有良好的可降解性，可以在自然环境中迅速分解，减少对环境的污染。
2. 生物相容性：生物基聚乙二醇具有良好的生物相容性，不会引起明显的免疫反应和毒性反应，适用于生物医学领域。
3. 优异的物理化学性能：生物基聚乙二醇具有较高的溶解度和稳定性，可用于制备高性能的材料。
4. 调控性能：生物基聚乙二醇可以通过改变聚合度和分子结构，调控其性能，满足不同领域的需求。
四、生物基聚乙二醇的应用领域1. 医药领域：生物基聚乙二醇具有良好的生物相容性和可降解性，可用于制备药物缓释系统、组织工程支架等，广泛应用于药物传输和组织修复领域。
2. 化妆品领域：生物基聚乙二醇可用于制备高效稳定的乳液、凝胶等，具有良好的保湿性能和渗透性，被广泛应用于化妆品配方中。
3. 纳米材料领域：生物基聚乙二醇可用于制备纳米粒子、纳米胶束等，具有优异的分散性和稳定性，被广泛应用于纳米材料制备和生物医学成像等领域。
4. 工业领域：生物基聚乙二醇可用于润滑剂、涂料和胶粘剂等的制备，具有良好的性能和环境友好性。
生物基聚乙二醇是一种具有广泛应用前景的生物基高分子材料。
其制备方法多样，具有可降解性、生物相容性和优异的物理化学性能等特点。
生物降解高分子材料
生物降解高分子材料生物降解高分子材料是指可以在自然环境中被微生物降解而不会对环境造成污染的高分子材料。
随着人们对环境保护意识的增强，生物降解高分子材料作为一种环保材料备受关注。
它不仅可以有效减少塑料垃圾对环境的污染，还可以降低对化石资源的依赖，具有重要的环保意义。
生物降解高分子材料主要包括生物基高分子材料和生物降解增塑剂两大类。
生物基高分子材料是利用植物资源或微生物合成的高分子材料，如淀粉基塑料、聚乳酸等。
这类材料在自然环境中可以被微生物降解，不会对环境造成污染。
而生物降解增塑剂则是将生物降解物质加入到传统塑料中，使其具有生物降解性能。
生物降解高分子材料在日常生活中有着广泛的应用。
在包装领域，生物降解塑料袋、生物降解包装盒等产品可以有效减少塑料垃圾对环境的影响。
在农业领域，生物降解塑料覆盖膜、生物降解育苗盘等产品可以降低对土壤的污染，保护农作物生长环境。
在医疗领域，生物降解医疗器械、生物降解医用包装等产品可以减少对医疗废物处理的压力，保护医疗环境。
然而，生物降解高分子材料也面临着一些挑战。
首先，生物降解材料的性能稳定性和加工性能还不够理想，需要进一步提升。
其次，生物降解材料的成本相对较高，需要降低生产成本才能更广泛地应用于各个领域。
最后，生物降解材料的标准化和产业化还需要进一步完善，以满足市场需求。
为了推动生物降解高分子材料的发展，我们可以从以下几个方面进行努力。
首先，加大对生物降解高分子材料研发的投入，提升材料的性能和加工性能。
其次，鼓励企业加大对生物降解高分子材料的生产和应用，推动技术的成熟和成本的下降。
最后，建立健全的生物降解高分子材料标准体系，加强对生物降解材料产业的规范和引导。
总的来说，生物降解高分子材料作为一种环保材料，具有重要的应用前景。
随着技术的不断进步和市场需求的不断增加，相信生物降解高分子材料将会在未来得到更广泛的应用，为环境保护事业做出更大的贡献。
希望各界人士能够共同努力，推动生物降解高分子材料的发展，为建设美丽的地球作出自己的贡献。
生物基材料的现状
国内生物基材料的现状生物基材料是指利用可再生生物质，包括农作物、树木和其它植物及其残体和内含物为原料，通过生物、化学以及物理等手段制造的一类新型材料。
主要包括生物塑料、生物基平台化合物、生物质功能高分子材料、功能糖产品、木基工程材料等产品，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。
新材料产业是我国战略性新兴产业主要内容。
利用丰富的农林生物质资源，开发环境友好和可循环利用的生物基材料，最大限度地替代塑料、钢材、水泥等材料，是国际新材料产业发展的重要方向。
新世纪以来，生物基材料受到发达国家广泛重视，呈现快速发展的势头，以农林生物质为原料转化制造的生物塑料、节能保温材料、木塑复合材料、热固性树脂材料、功能高分子材料等生物基材料和生物基单体化合物、生物基助剂、表面活性剂等生物基大宗精细化学品快速增加，产品经济性正在逐步增强。
拜耳、巴斯夫、埃克森美孚、三星道达尔、杜邦化工等跨国公司长期致力于生物基材料的研发，推动了全球生物基材料的商业化进程。
对于一异戊二烯来说，因其可生产轮胎，在工业发展上十分重要。
目前，美国丹尼斯克公司与固特异公司正在合作开辟生物基异戊二烯工艺路线，以部门替换石油(petro)基橡胶和苯乙烯基弹性体工艺。
生物基异戊二烯可以出产轮胎用的合成橡胶和其他弹性体，可使轮胎产业更少地依靠石油衍生物产物。
同样，另一种生物基材料丁二醇也已获得大量工业化生产。
目前，我国生物基材料产业科技取得了显著的成效，形成了如全降解生物基塑料、木基塑料、聚合超大分子聚乳酸、农用地膜等一大批具有自主知识产权的技术。
全国性的“木塑热”正逐渐兴起，木塑制品年产销量已超过20万吨，并以20%以上的年增长率高速增长。
生物基材料作为石油基材料的升级替代产品，正朝着以绿色资源化利用为特征的高效、高附加值、定向转化、功能化、综合利用、环境友好化、标准化等方向发展。
与国际先进水平相比，在产品性能、制造成本、关键技术、技术集成与产业化规模等方面还存在差距，必须加快突破生物基材料制造过程的生物合成、化学合成改性及树脂化、复合成型等关键技术，促进重要生物基材料低成本规模化生产与示范，构建生物基材料研发平台，提升生物基材料企业科技创新能力，实现化石资源的有效替代，为生物基材料产业培育提供科技支撑。
生物质高分子材料与技术3篇
生物质高分子材料与技术第一篇：生物质高分子材料的定义和种类生物质是指来自生物体的有机物质，如植物、动物、微生物等。
而生物质高分子材料则是指由生物质作为原材料生产的高分子化合物，具有广泛的应用领域。
本文将对生物质高分子材料的种类和应用做一个简要介绍。
一、种类1. 生物质聚合物生物质聚合物是指整个生物体中的单体、单糖、多糖等生物大分子，如淀粉、纤维素、木质素、蛋白质、核酸等。
这些聚合物一般是以天然形式存在，并且具有高分子材料的性质：强度高、耐久性好、可降解性强等。
因此，在生物质高分子材料的开发中，生物质聚合物具有广泛的应用前景。
2. 生物质衍生物生物质衍生物是指由生物质作为原材料，经过各种化学处理、反应转化而形成的高分子材料。
常见的有木质素衍生物、纤维素衍生物、淀粉衍生物、蛋白衍生物等。
这些材料具有良好的可降解性和可再生性，并且生产成本较低，是一种具有开发前景的高分子材料。
3. 生物基复合材料生物基复合材料是指将生物质材料与其他高分子材料或非高分子材料组合而成的复合材料。
例如将天然纤维与聚合物复合制成的生物基复合材料，具有良好的机械强度和化学稳定性，因此在汽车、建筑等领域有着广泛的应用。
二、应用1. 生物质高分子材料在包装领域的应用生物质高分子材料具有良好的可降解性，因此在包装领域有着广泛的应用。
目前，一些食品包装材料、日用品包装材料已经开始采用生物质高分子材料，有利于减少人类对环境的影响。
2. 生物质高分子材料在医疗领域的应用生物质高分子材料具有生物相容性好、可降解性好等特点，因此在医疗领域中有着广泛的应用。
例如生物质高分子材料可以用于制造可降解的赋形支架、骨修复材料等。
3. 生物质高分子材料在汽车领域的应用生物质高分子材料的机械强度和化学稳定性较高，因此在汽车领域有着广泛的应用。
例如，生物质高分子材料可以用于汽车内饰、外部零部件、制动系统等。
总之，随着对环境保护意识的不断增强，生物质高分子材料在各个领域的应用前景必然会越来越广泛，未来的发展前景一片大好。
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我国木塑复合材料企业和产量的平均增长率已达20％以上 我国木塑复合材料的产量为20万吨 2009年底木塑复合材料产业链上的主流企业已达300多家 木塑制品年产销量已超过10万吨，年产值达12亿人民币左右 2009年中国至少有70％的木塑复合产品用于出口，2008为80％ 2009年中国木塑年产量仅为美国的约1／5。 中国的各类门窗市场以每年11％的速度增长。
1211.6 780.4 104.9
2001
266.5 2011
2011年三大合成材料产量 8161万吨
我国高分子材料消费快速增长
合成纤维：早已是世界最大的生产和消费国。2011年，合成 纤维原料表观消费量3223万吨（进口45%）。
合成橡胶：从2009年开始成为世界最大的生产和消费国。 2011年消费382万吨（进口38%）。
生物基高分子材料
叶海木 2013-10-24
内容
• 高分子材料 • 生物基高分子材料
什么是高分子？
在结构上由许多个实际或概念上的低分子量分子结构作为重复单元 组成的高分子量分子。其分子量通常在104 g/mol以上。
CH2 CH2 Ethylene 1 unit
汽G油as，olin4e个= 4重un复its单元
纤维素 每年光合作 用产量1000
亿吨
>
有史以来人类所发 现石油资源总量
甲壳素 每年生物合
成量 100亿吨
淀粉 “取之不尽”
生物质
O2
光合作用
CO2 H2O
微生物合成 化学合成
微生物
消化
2008年4月16日
加工
生物可降解塑料
消化
微生物
降解
酶
生物基高分子材料
韦尔奇：绿色可以赢利 （Green is green）
石墨块，Graphite Block
我国高分子材料产业的发展
1、快速增长，产量和消费量均为世界第一
6000
图表标题
5000 4000
4798
3000 2000
3096.4
橡胶 纤维 塑料
1000 0
12.5 38.5 91.6 1981
33.8 167 283.7 1991
1981年三大合成材料产量 142万吨
4
高分子材料在日常生产中发挥了重要作用
塑料是汽车工业的重要原材料
目前已占轿车总重量 的20％！
聚丙烯是汽车 塑料中用量最
大的品种
40Kg/辆
塑料是汽车工业的重要原材料
汽车用塑料内饰件
3D打印技术
碳材料
富勒烯C60，Fullerene C60
碳纳米管，Carbon Nanotube
石墨烯，Graphene
石蜡Wa，x =~1122u个nit重s 复单元
n
聚Po乙lye烯thy，len~e4=04000,000重0 u复nits单元
高分子材料
高分子材料主要包括塑料、橡胶和纤维三大材料， 还包括涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。
高分子材料体积消费量早已超过钢材。其中塑料 是消费量最大的高分子材料，2007年全世界共消 费2.6亿吨塑料，约是钢材体积消费量的1.5倍。
为给新模式和新能源发展更充裕的时间，我们目前必须开发 节能技术（同时减排）。“未来30年最大的新能源就是节约 能源”。
高分子材料可以作出很大的贡献。
路在何方？材料创新
1. 隔热、保温材料（美国48% 能源，加热、制冷和照明）
2. 海水淡化的反渗透膜 3. 太阳能电池用材料 4. 克服“魔三角”的轮胎胎
面对挑战，高分子材料如何做贡献？
人类面临的挑战：资源（水、能源等）、粮食、医疗与健康 等等。
能源：世界70亿人，12亿人在发达国家，目前40亿人在搞工 业化。世界人均消费石油17桶/年，美国30桶，中国3桶多。 按照西方过去的发展模式，世界石油需求会增加很快，无法 满足。
必须创造新的发展模式，寻找新的替代能源。
✓ExxonMobil, Global intermediates technology manager.
✓Eastman, Senior vice president and chief technology officer.
✓Styron, President and CEO.
✓Dow, Vice president, research and development, Advanced Materials Division.
塑料：2010年成为世界第一大生产和消费国。2011年表观消 费量达7400万吨（进口35%）。
8000 7000 6000 5000 4000
3329
7 4 0 0 表观消费
生产48Biblioteka 0进口26003000
1726
2000
872
864
1000
2 0 3 10 3 3 5
0 1999
2005
2011
面胶材料 5. 合成润滑油 6. 无双酚A的食品包装用塑料
材料
7. 生物基高分子材料
8. 高温橡胶 9. 电动汽车用材料
✓Dupont, Executive vice president and Chief innovation officer.
✓Arkema, Vice president, research and de3velopment.
• 目前地球上每年通过光合作用产生的有机物大概 有2200亿吨。 • 多糖和蛋白质等均为化学纤维的重要原料。
天然蛋白质
大豆蛋白、蓖麻蛋白、玉米蛋白、花生蛋白等 牛奶蛋白、蚕丝蛋白、胶原蛋白等
天然多糖 纤维素、淀粉、甲壳素、海藻酸、木质素等
可再生天然高分 子材料总量每年 超过100万亿吨
木塑复合材料制造工艺
木粉
塑料
木塑复合材料
挤出成型
木塑复合材料应用 木塑托盘、包装箱等包装制品 铺板、铺梁等仓储制品 室外栈道、凉亭、坐椅等城建用品 房屋、地板、建筑模板等建材用品 汽车内装饰、管材等其他产品
注塑成型 技术难点
木塑复合材料市场信息
工艺配方 加工工艺 改善复合界面相容性的方法 界面融合剂处理 木粉/木纤维表面进行预处理
肥料
收获 植物
碾压
生物基复合材料
化学品
如何赢利
发酵 气化 其他
提炼
◎生物气、沼气、燃料 ◎生物塑料 ◎化学品
精炼
中间产物
生物油
燃料
甘油
◎燃料 ◎化学品 ◎涂料 ◎粘接剂 ◎发泡材料
◎食物 ◎洗涤用品 ◎化妆品
生物基塑胶材料研发
木塑复合材料（Wood-plastic Composites，简称WPC）是以植物纤维为主要原料，与塑料合成的一种复合材料。是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合 材料，主要以废旧塑料和树枝树杈、稻壳、农业秸秆等植物纤维为原材料，制成的产品广泛用于包装、园林、运输、建筑、家装、车船内饰等场所。其融 合了“木”与“塑”的双重优点，具有环保、防水、耐腐、防虫、阻燃、可循环利用等多项优势，是一种极具发展前途的“低碳、绿色、可循环”材料。