生物可降解塑料的生产与应用中国石油大学环境生物工程
生物可降解材料的制备及其应用路线
生物可降解材料的制备及其应用路线随着环境污染和可持续发展的重要性日益提高，生物可降解材料作为一种新型材料，越来越受到人们的关注。
它具有优异的可降解性和再生能力，对于改善环境问题和可持续发展有着重要的作用。
本文将探讨生物可降解材料的制备以及其应用路线。
一、生物可降解材料的制备1. 生物可降解聚合物的制备生物可降解聚合物是制备生物可降解材料的重要原料。
目前，生物可降解聚合物的制备主要有以下几种方式：1）生物合成法：通过微生物代谢合成聚合物，例如聚羟基烷酯（PHA）。
2）化学合成法：通过化学反应合成聚合物，例如聚乳酸（PLA）。
3）酶催化合成法：利用酶催化合成聚合物，在反应过程中不需要使用有机溶剂和高温高压，可以有效节约能源和减少废物。
2. 生物可降解塑料的制备生物可降解塑料是最常见的生物可降解材料，其中主要包括聚乳酸、聚羟基烷酯、聚己内酯和淀粉基塑料等。
生物可降解塑料的制备主要有以下几种方式：1）单独制备：将生物可降解聚合物单独制备成塑料制品，例如聚乳酸制备的餐具。
2）混合制备：将生物可降解聚合物与其他可降解材料混合，例如将聚乳酸与淀粉混合制备的塑料袋。
3. 生物可降解纤维的制备生物可降解纤维是生物可降解材料的另一种重要形式，广泛应用于衣服、织品和其它纺织品等领域。
生物可降解纤维的制备主要有以下几种方式：1）湿法纺丝法：将聚乳酸等生物可降解聚合物与溶剂混合后，经由旋转结晶制备纤维。
2）熔体纺丝法：直接将生物可降解聚合物熔化再经由拉伸制备成纤维。
二、生物可降解材料的应用路线生物可降解材料具有广泛的应用前景，主要包括以下几个领域：1. 医疗领域生物可降解材料在医疗领域中有着重要的应用。
例如，聚乳酸可用于制备缝合线、支架和修复骨折等医用产品。
2. 包装领域生物可降解材料在包装领域中有着广泛的应用。
例如，聚乳酸和淀粉基塑料可以用于制备生鲜食品包装袋。
3. 农业领域生物可降解材料在农业领域中也有着非常重要的作用。
生物可降解塑料的研究与应用
生物可降解塑料的研究与应用随着环保意识的不断提高，越来越多的人开始重视生物可降解塑料，它是一种天然可分解的聚合物材料。
与传统石化塑料相比，生物可降解塑料具有良好的可降解性、可生物降解性、可循环利用性和可再生性等优点。
因此，其应用前景广阔，对于缓解环境问题、保护自然生态系统和实现可持续发展具有积极的意义。
一、生物可降解塑料的研究进展生物可降解塑料属于天然聚合物材料，主要包括淀粉类、聚乳酸类、聚己内酯类、纤维素类和蛋白质类等。
其中，淀粉类生物可降解塑料具有良好的可生物降解性和可再生性，可以通过将淀粉加工成淀粉纤维、淀粉块料、淀粉酯类塑料等形式进行应用。
聚乳酸类生物可降解塑料因其生产工艺简单、可重复利用和可生物降解等特点，也逐渐成为了材料领域的热点。
纤维素类生物可降解塑料属于天然聚合物材料，由于其来源丰富、可生物降解、改性容易等特点，常被用于生物医用材料和包装材料等方面的应用。
蛋白质类生物可降解塑料也受到了广泛的研究，其优点为成本低、申请专利较少、弹性较好等特点。
二、生物可降解塑料的应用现状生物可降解塑料在食品包装、医疗器械、土壤修复和纺织品等方面得到了较广泛的应用。
食品包装领域是生物可降解塑料应用的主要领域之一，淀粉类生物可降解塑料能够与石化塑料相媲美，具有良好的可操作性和加工性能。
在农业领域，生物可降解塑料非常适合用于果蔬保鲜、土壤改良和可重复利用性方面的应用。
医疗器械方面，生物可降解塑料因其可被生物分解吸收的性质受到了广泛研究，主要应用于骨内固定器和缝合线等方面的应用。
纺织品领域中，蛋白质类生物可降解纤维可被应用于衣服和内衣等方面。
三、生物可降解塑料的前景生物可降解塑料作为一种可持续发展的材料，具有广阔的应用前景。
国际上越来越多的国家对于环境问题的关注也越来越高，多数国家对于就地取材，保护环境、应用生物可降解塑料的政策倾向也在不断增加。
在未来的发展中，生物可降解塑料将会在运动装备及鞋类、家具、包装、日用品、教育用品、现代家居、食品和饮料等领域得到更多的应用，这对于环境保护和可持续发展具有重大意义。
生物可降解塑料的合成和应用
生物可降解塑料的合成和应用近年来，随着环保意识的加强和可持续发展的日益重视，生物可降解塑料成为了研究的热门话题之一。
生物可降解塑料不仅具有良好的可降解性和可生物降解性，同时也能够有效减少塑料垃圾对环境的污染和对生态系统的破坏。
本文将介绍生物可降解塑料的合成和应用，分析其在环境保护和可持续发展方面的重要意义。
一、基础概念生物可降解塑料是一种由天然高分子材料制成的塑料，这些材料能够通过自然降解和微生物降解的方式转化成水、二氧化碳、有机物等物质，同时不污染环境和不危害生态系统。
根据原料的不同，生物可降解塑料可以分为多种类型，其中较为常见的有淀粉基、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。
二、生物可降解塑料的合成生物可降解塑料的合成主要涉及原料选取、反应过程和材料性能等方面。
例如，淀粉基生物可降解塑料的合成需要选择淀粉作为基础原料，经过加工和混合后，再添加生物降解剂和成型剂，通过热压或注塑等工艺进行成型。
而聚乳酸生物可降解塑料的制备则需要通过聚合反应将乳酸单体进行聚合反应，形成聚乳酸高分子材料，然后经过加工、缩聚和成型等工艺制成最终产品。
三、生物可降解塑料的应用生物可降解塑料具有广阔的应用前景，特别是在一次性塑料制品领域。
例如，生物可降解塑料可以用于制作生物可降解吸管、餐具、咖啡杯、购物袋等产品，用来替代传统的一次性塑料制品，减少塑料污染。
除此之外，生物可降解塑料还可以应用于农业生产和食品包装等领域。
例如，聚乳酸生物可降解塑料可以用于制作农业保护膜、园艺覆盖膜和食品包装袋等产品，具有良好的生物可降解性和耐腐蚀性等特点。
四、生物可降解塑料的优势与挑战生物可降解塑料相对于传统塑料具有许多优势，主要体现在以下几个方面：1. 可降解性能强。
生物可降解塑料可以通过自然降解和微生物降解的方式将高分子材料转化成水、二氧化碳等无害物质，不会对环境造成永久性污染。
2. 能够减少塑料垃圾对环境的污染。
生物可降解塑料可以将传统塑料垃圾短期内降解，有助于缓解塑料垃圾对环境造成的危害。
可降解塑料的制备技术及应用
可降解塑料的制备技术及应用随着人们对环境保护意识的不断提高，可降解塑料的相关技术和应用逐渐成为了一个热门话题。
所谓可降解塑料，指的是能够在自然环境中被微生物或其他生物体自然分解的塑料。
其制备技术主要包括生物合成、化学合成和混合制备等。
一、生物合成技术生物合成技术是指通过利用微生物等生物体制造可降解塑料。
利用生物技术合成出的可降解塑料，具有良好的可再生性、生物降解性和可加工成型性等优点。
其中，聚酯类可降解塑料是最为常见的一种，其生物合成原理是利用酯化反应，将生物基原料酸和醇进行酯化反应，在微生物菌体内部通过催化剂的作用形成聚酯链。
二、化学合成技术化学合成技术主要是通过化学反应合成可降解塑料。
其中，一种常用的合成方法是利用生物基原料的纤维素和木质素等进行酯化反应合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)。
PHAs是一种能够在自然环境中被微生物降解的生物可降解塑料，其具有高分子链的含氧功能基，能够与水反应形成有机酸，通过微生物的代谢产生能量，加速聚合物降解。
三、混合制备技术混合制备技术是指将不同的可降解聚合物进行混合制备，以期在性能和降解速度上达到最优化的效果。
例如，将聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯进行混合制备，可得到一种新的快速降解的可降解塑料，其主要应用于生物医用材料、食品包装等方面。
四、可降解塑料的应用可降解塑料由于其优越的环保性能，已经被广泛应用于生活和工业中。
其中，最为常见的应用包括食品包装、土壤修复、生物医用材料等。
例如，已经有一些国家将可降解塑料用于生物医用材料的制备，例如可降解药物输液袋、可降解假体等。
此外，一些快餐餐巾纸、塑料袋等也已经有了可降解塑料替代品，这些替代品对于保护环境、减少白色垃圾污染产生了积极的作用。
五、可降解塑料的市场前景随着环境保护意识的不断提高，可降解塑料的市场前景不断扩大。
目前，可降解塑料的产量和销量正在逐年递增，其中生物可降解塑料市场增速最快。
未来，随着相关技术的不断创新与完善，可降解塑料将更广泛应用于日常生活和工业生产中，其市场前景将不断扩大。
生物可降解塑料实验报告
一、实验目的1. 了解生物可降解塑料的制备原理及方法。
2. 掌握生物可降解塑料的性能测试方法。
3. 分析不同生物可降解塑料的性能差异。
二、实验原理生物可降解塑料是指在微生物作用下能够降解的塑料，具有生物相容性、生物降解性、环境友好等特点。
制备生物可降解塑料主要采用微生物发酵、生物转化等技术，将可再生资源转化为塑料。
本实验以聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）为研究对象，分别进行制备与性能测试。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：玉米淀粉、葡萄糖、脂肪酸、微生物发酵菌种等。
2. 实验仪器：发酵罐、离心机、干燥箱、万能试验机、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等。
四、实验方法1. PLA制备（1）将玉米淀粉与葡萄糖按一定比例混合，加入一定量的微生物发酵菌种，置于发酵罐中进行发酵。
（2）发酵完成后，将发酵液离心分离，收集上清液。
（3）将上清液进行浓缩、干燥，得到PLA粗产品。
（4）对PLA粗产品进行提纯、干燥，得到PLA纯产品。
2. PHA制备（1）将脂肪酸与微生物发酵菌种按一定比例混合，置于发酵罐中进行发酵。
（2）发酵完成后，将发酵液离心分离，收集上清液。
（3）将上清液进行浓缩、干燥，得到PHA粗产品。
（4）对PHA粗产品进行提纯、干燥，得到PHA纯产品。
3. 性能测试（1）PLA性能测试- 热稳定性测试：采用差示扫描量热法（DSC）测定PLA的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。
- 机械性能测试：采用万能试验机测定PLA的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等。
- 光学性能测试：采用扫描电镜观察PLA的微观形貌。
（2）PHA性能测试- 热稳定性测试：采用DSC测定PHA的Tg和Tm。
- 机械性能测试：采用万能试验机测定PHA的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等。
- 光学性能测试：采用扫描电镜观察PHA的微观形貌。
五、实验结果与分析1. PLA性能分析PLA的Tg为55-60℃，Tm为180℃，具有良好的热稳定性。
生物可降解聚合物的制备与应用
生物可降解聚合物的制备与应用近年来，随着全球环保意识的逐渐加强，生物可降解聚合物的利用率也越来越高。
它们具有替代传统塑料的优越性能，应用范围广泛。
生物可降解聚合物是通过天然有机物质的转化形成，具有良好的降解性能和环境可再生性。
制备生物可降解聚合物的方法1. 生物降解生物降解是指生物对聚合物的分解过程。
利用生物体内的微生物，分解有机物质，形成氧、二氧化碳和水等小分子化合物，实现聚合物的降解。
这种方法制备的生物可降解聚合物具有高效降解、无毒无害、可再生等特点。
2. 化学法合成化学法合成生物可降解聚合物，通常是通过单体共聚或聚合过程来制备。
这种方法对反应条件和催化剂选择较为苛刻，生产成本较高，但是这种聚合物的性能更加稳定，对环境的影响更小。
3. 物理法合成物理法是指通过聚合物混合或纺丝制备生物可降解聚合物。
这种方法可实现大规格、高效益和生产成本的降低，同时制备的聚合物通常具有良好的降解性和柔软性。
生物可降解聚合物的应用1. 塑料袋生物可降解聚合物在塑料袋领域得到了广泛的应用。
传统的塑料袋对环境污染较大，而生物可降解聚合物则具有快速降解的特点，较少对环境产生影响。
2. 包装材料生物可降解聚合物还可以用于包装领域。
传统的包装材料需要经过长时间的降解过程才能完全被地球所吸收，而生物可降解聚合物则可以快速降解，在环境保护方面起到了巨大的作用。
3. 医疗材料生物可降解聚合物在医疗领域也有着广泛的应用。
因为在医疗场合，往往需要使用一次性消毒用品，而这些传统的塑料消毒用品可能对人体和环境产生损害，而生物可降解聚合物则可以很好地替代它们，保证了医疗卫生的安全性。
总结随着环保意识的不断提高，生物可降解聚合物的应用范围越来越广泛。
它们成为了传统塑料的重要替代品，具有高效降解、环保、可再生等诸多优点。
而生物可降解聚合物的制备方法也越来越多样化，未来将有更广阔的应用前景。
生物降解塑料的研究与应用
生物降解塑料的研究与应用生物降解塑料是一种能够通过微生物或自然界的其他生物转化为水、二氧化碳和有机物的塑料材料。
与传统的塑料相比，生物降解塑料具有质量轻、碳足迹低、可降解性好、对环境友好等优点。
生物降解塑料的研究与应用可以极大地减少塑料污染，促进可持续发展。
生物降解塑料的研究主要集中在开发新的生物降解材料和改进生物降解过程。
目前，已经开发出一些基于植物淀粉、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等原料的生物降解塑料。
这些塑料在自然界中可以被微生物分解为水、二氧化碳和有机物，降低了塑料污染的风险。
此外，通过改变塑料的化学结构和添加生物降解催化剂等方法，可以提高生物降解塑料的降解速率和效果。
生物降解塑料在各个领域有着广泛的应用前景。
在包装行业，生物降解塑料可以替代传统的塑料袋和瓶子，减少对环境的污染。
在农业领域，生物降解塑料可以用于制造农用膜和育苗盘等农业用品，提高农业生产效率，减少农药和化肥的使用。
此外，生物降解塑料还可以应用于医疗器械、一次性餐具和日用品等领域，满足人们对环保产品的需求。
然而，生物降解塑料在实际应用中还面临着一些挑战。
首先，目前市场上的生物降解塑料价格相对较高，使得其在大规模应用中仍存在一定的限制。
其次，生物降解塑料的性能和稳定性还需要进一步改进，以满足不同应用领域的需求。
再者，加强对生物降解塑料的监管和管理，防止其失控产生新的环境问题。
为了推动生物降解塑料的研究和应用，政府、企业和科研机构需要共同努力。
政府可以提供相应的政策和经济支持，推动生物降解塑料的生产和推广。
企业可以加大对生物降解塑料的研发投入，推动技术的进一步创新和成熟。
科研机构可以加强合作，开展跨学科的研究，提出新的解决方案和技术。
总之，生物降解塑料是一种有着广阔应用前景的环保材料。
通过深入研究和推广应用，生物降解塑料有望成为减少塑料污染、促进可持续发展的重要手段之一、尽管还存在一些挑战，但通过政府、企业和科研机构的共同努力，相信生物降解塑料的领域将会取得更大的突破和进展。
生物可降解塑料的生产与应用中国石油大学环境生物工程20页PPT
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
生物可降解塑料的生产与应用中国石油大 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 学环境生物工程
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原理：受日光照射时，光敏剂（铁钴 镍铜等的络合物及芳香族化合物等） 吸收紫外线而分解放出活性自由基迅 速攻击塑料大分子，聚合物被切断成 多个较小分子同时被氧化生成-COOH 和-CO-，这些较小分子继续被自由基 攻击而进一步变小，随着分子量降低， 制品会迅速变脆，逐渐崩解成小碎片、 小颗粒，当其分子量降至1000以下时 易于被微生物食用而消化。（弊端： 需光照120d,填埋则失效）
占96％以聚上氯乙烯 (PVC) ；热硬性树脂在受热时不会变软 ,如酚醛树脂 ,三聚氰 胺甲醛树脂 ,聚氨基甲酸乙脂等。
共性：耐酸碱、抗氧化、耐腐蚀、难降解（埋地百年也不烂）
环境问题：白色污染、
不可再生石油资源的浪费
a
1
该问题的解决出路—可降解塑料的开发
可降 解塑
料
1光可降解塑 料 2高填充碳酸钙(＜ 35％)降解塑料
第九章 生物可降解塑料的生产与应用
• 什么是塑料？
•
普通塑料是以合成树脂和污配染料范混围合广加、污热染而物成增的长物速度质快。(积累2500
万吨/年)、处理难度大、回收利用不易
• 按其性质可分成热塑性树脂和热硬性树脂两大类 .热塑性树脂都具有
受热后软化的性质 ,如聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、和
COOH 酸
？脂化反应
H C OH醇
乳酸单体彼此发生酯化反应
C H3
乳酸
H3CH3 OC H3CO OHH 3C3COO HOHO COCCOCC H HOCOCCOCCOHOH
a
聚乳酸乳(聚酸丙二H交2O聚脂体)
n4
• (1)聚乳酸生物合成
• 生物糖代谢酵解产物丙酮酸乳酸发酵的产物（参阅《生
物化学》糖代谢内容）
酰辅酶A
a
9
R
O
O CH CH2 C
n
PHAs 通式
• R为甲基~壬基等，不同单体聚合种类有100种以上 • 其中最常见的R为甲基，即聚β－羟基丁酸(PHB) • 另一种常见的PHAs为PHBV（两种单体，R分别为甲
基(HB)和乙基(HV)）
a
10
(1)工业生产方式
• 细菌发酵
转基因植物种植
a
11
① 细菌发酵
• 以淀粉、葡萄糖、蔗糖、甲醇等各种原料，产碱菌
(Alcaligenes)、转基因大肠杆菌限氮磷流加式分批发酵
生产
成本高：15$/kg(合成塑料1 $/kg)
目前攻关方向：进一步提高原料转化 率，缩短发酵周期；进一步提高细 胞浓度；进一步提高产品提取收率； 进一步提高聚合物质量等。
PHB含量可达细胞干 重70～80％
原理：碳酸钙中的（C＝O）光敏基团利于塑料光 降解；同时有利于塑料充分焚烧；有利于中和尾
气中酸性组分（如SO2、NOx)；节约石油原料。
（弊端：填埋则失效）
a
2
生物 可降 解塑
料
部分可降解 塑料
完全可降解 塑料
彻底消除 白色污染 并节约石 油资源的 根本出路
PE/淀粉
“/”掺混
普通塑料/PCL(聚己内酰胺)
a
12
② 转基因植物生产
• 优势：植物自身光合作用制造大量免费合成原料 • 理想： 极大的降低成本，目前尚在开发之中
块
油
茎
料
块
种
根
子
植 物
植 物
a
13
(2) 应用领域
由于价格问题，应用限于高附加值领域。
Razor
Shampoo bottle
Surgical sutures
a
14
天然淀粉
9.3 变性淀粉
详见有关文献
• 改性方法众多，生物 降解塑料领域主要使 用热塑性变性、抗水 性变性
方法：
热塑—加入多元醇、 水等增塑剂物理变性 或与丙烯酸酯共聚接 枝化学变性；
抗水—淀粉醋酸酯化
a
15
9.4 聚己内酯（PCL (ＣＯＯ—(ＣＨ2)5 ) ｎ ）
• PCL由 ε-己内酯 经化学合成开环 聚合反应而得
国内水 平
自然成分
变性淀粉 淀粉/PVA(聚乙烯醇)
淀粉/ PCL
壳聚糖/ 纤维素
纯发酵
PHAs(聚β－羟基烷酸) 细菌产纤维素
发酵+合成 PLA(聚乳酸)
化学合成 PCL－PEL (脂肪族聚脂)
a
3
9.1 聚乳酸(PLA)
• 聚乳酸是世界上近年来开发研究最活跃的降解塑料之 一。聚乳酸塑料在土壤掩埋3~6个月破碎，在微生物分 解H2酶O。作用下，6~12个月变成乳乳酸酸生，物合最成终+人变工成聚C合O＝2P和LA
• 工业上一般以乳酸杆菌(lactobacillus)属发酵生产乳酸
酸奶
酸菜
保健品
降低乳酸生产成本是关键！
a
5
菌种选育
诱变、基因 改造出高产
乳酸菌
如培养何做呢？
乳酸 分离
乳酸 聚合
1.廉价原料如食 品废料或玉米 淀粉
2.最佳反应条件 及反应器选型
新技术未 公开！
开发催化 剂
a
6
(2)世界聚乳酸生产进展
• 是一种热塑性结 晶型聚酯 ,熔点为 80℃ ,可在200℃ 以上加工 ,且与多 种聚合物有较好 的相容性，完全 可生物降解。
a
16
9.5 国内可降解塑料生产现状
变性淀 粉掺混 化工合 成聚己 内酯为
主
a
17
具体共聚方法和参考相关资料
a
18
a
7
(3)聚乳酸的应用
• 由于目前价格较高， 但无生物排异现象， 故主要用于医学领域
• 伤口缝合线 • 骨折后“可降解钢板” • 药物体内缓释胶囊 • 随着价格下降逐渐向
日化包装、食品包装、 农膜 聚β－羟基烷酸(PHAs)
• 多种细菌体内合成的的碳源、 能量储备物
脂代谢—乙