生物降解材料
生物降解新材料
生物降解新材料生物降解新材料是指能够在自然环境中被微生物分解而不会对环境造成污染的材料。
随着人们对环境保护意识的增强，生物降解新材料作为一种环保材料备受关注。
它的出现不仅可以减少对传统塑料等材料的使用，还可以有效地减少对环境的污染，具有重要的意义。
生物降解新材料的原料主要来自于植物、动物等天然生物资源，其制备过程相对环保，不会产生大量的化学废物和污染物。
与传统塑料相比，生物降解新材料在生产过程中能够减少对非可再生资源的消耗，降低能耗，减少二氧化碳排放，符合可持续发展的要求。
生物降解新材料的应用领域非常广泛，例如生物降解塑料袋、生物降解包装材料、生物降解医疗器械等。
这些材料在使用过程中不仅能够满足人们的需求，而且在丢弃后能够迅速被自然环境中的微生物分解，降解产物对环境不会造成负面影响。
生物降解新材料的研发和推广应用对于环境保护具有重要的意义。
在当前全球环境污染日益严重的背景下，推广生物降解新材料的使用，可以有效减少塑料垃圾对环境的污染，保护生态环境，促进可持续发展。
同时，生物降解新材料的推广应用也能够带动相关产业的发展，促进经济的可持续增长。
在未来，随着生物降解新材料技术的不断进步和完善，相信其在各个领域的应用将会更加广泛。
人们也将逐渐养成使用生物降解新材料的习惯，从而为环境保护事业贡献自己的一份力量。
生物降解新材料的发展将成为未来材料科学领域的重要研究方向，带动相关产业的发展，推动社会朝着更加环保、可持续的方向发展。
总之，生物降解新材料作为一种环保材料，具有重要的意义和广阔的发展前景。
它的出现不仅可以减少对传统塑料等材料的使用，还可以有效地减少对环境的污染，促进经济的可持续增长，是一种具有重要意义的新型材料。
希望在不久的将来，生物降解新材料能够得到更广泛的应用，为环境保护事业做出更大的贡献。
生物降解材料全文
第11章环境中可生物降解新材料11.1 可生物降解新材料发展背景塑料是应用最广泛的材料，按体积计算已居世界首位，1998年世界塑料产量约为1.5亿吨。
但庞大难降解的“白色污染”物严重污染环境；另外石油资源越用越少，有报道全世界的石油储量只能用10年，姑且不论其正确与否，石油总会有用完的一天，因而就世界而言，寻找新的对环境友好(未改动)塑料原料，发展非石油基聚合物迫在眉睫。
为了解决塑料污染问题，70年代科学家提出了降解塑料的概念，按降解机理可将其大致分为光降解和生物降解塑料两大类。
就生物降解塑料而言，英国科学家G.J.L.Griffin提出惰性聚合物中加入廉价的可生物降解性天然淀粉作为填充剂的观点并发表了第一个淀粉填充聚乙烯塑料的专利，引起了人们对生物降解塑料的关注，从而进入了以淀粉基塑料研究与开发为主的热潮，相继发表的专利与文献很多，并推出了系列产品，80年代末期有些已实现食品化。
80年代开发降解塑料呼声最高的是美国，有11个州颁布了相关法规。
美国发展淀粉塑料不仅为了解决塑料严重污染，而且也希望开辟玉米淀粉的应用途径以减少对进口石油的依赖和节省石油。
美国Agti－Tech公司在1988年投资1亿美元建设了一个以玉米淀粉为基料的生产降解垃圾袋的生产线。
欧洲塑料制造协会、日本、英国、意大利和俄罗斯也积极研制，日本还由64家公司联合成立了“生物降解塑料研究会”。
我国塑料工业起步比较晚但发展迅速，1998年塑料制品总产量已接近千万吨，包装材料和农用地膜约占塑料制品总量的35％，达350万吨，因此“白色污染”也很严重，其中一次性塑料用品和地膜每年约有200万吨作为垃圾抛弃。
据报道，我国七大水系均受到塑料废弃物不同程度的污染，如长江上漂浮的垃圾就令人触目惊心，例如包括发泡餐具和废弃塑料的垃圾阻塞使葛洲坝水力发电厂的落差减少，有时还要停机清淤，每天要少发200万kW·h。
因此我国也需要大力研究和发展降解塑料11.2 可生物降解材料分类及开发现状11.2.1 可生物降解材料的分类生物降解塑料至今尚无明确的定义，一般认为，它是在一定条件下，能在分泌酵素的微生物（如细菌、真菌）的作用下导致生物降解的材料。
聚乳酸(PLA)生物可降解材料全
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6 聚乳酸材料的发展前景
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简而言之：发展前景广阔
国内 追求 国外
环保 绿色 可再生 低能耗 可持续
PLA
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LOGO
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开环聚合法
首先由乳酸脱水缩合成环状丙交酯，再在引发剂存在下丙 交酯开环聚合成聚乳酸，如下：
开环聚合法是制备高分子量PLA的一个重要途径，可以制 备分子量高达70到100万的PLA。
缺点：工艺路线长且复杂、价格昂贵。
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3 聚乳酸材料的合成
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直接缩聚法
在高温条件下乳酸分子中的羟基和羧基发生酯化反应，逐 步缩合聚合成聚乳酸。其反应过程可简单表示如下：
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PLA改性方法
分为化学改性和物理改性。 化学改性包括共聚、交联、表面修饰等，主要是通过改 变聚合物大分子或表面结构改善其脆性、疏水性及降解速率 等; 物理改性主要是通过共混、增塑及纤维复合等方法实现 对聚乳酸的改性。
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6 聚乳酸材料的发展前景
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随着生物医学和材料学的进一步结合，聚乳酸及其共聚物在生 物医学领域的研究和应用将会越来越广泛深入。
要想获得高分子量的聚乳酸，水分的脱出及抑制聚合物的 降解是关键。
聚乳酸直接缩聚合成方法主要分为溶液聚合和熔融聚合。
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4 聚乳酸材料的应用
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4 聚乳酸材料的应用
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聚乳酸人造皮肤 聚乳酸导管支架
聚乳酸包装袋
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5 聚乳酸材料的不足及改性
聚乳酸材料的不足
a) PLA脆性大、抗冲击力差、缺乏柔性和弹性； b) 结晶度不高、降解速度不易控制； c) 含有很多酯基，亲水性差。
生物可降解材料
⽣物可降解材料可⽣物降解的材料有天然⾼分⼦、⽣物合成⾼分⼦、⼈⼯合成⾼分⼦、⽣物活性玻璃、磷酸三钙等。
天然⾼分⼦均为亲⽔性材料,如胶原、明胶、甲壳素、淀粉、纤维素、透明质酸等,它们在⼈体内的降解速度与材料在⼈体⽣理环境下的溶解特性有关。
例如明胶分⼦能够溶于与体液相似pH 值为714 的⽣理盐⽔中,因⽽必须先进⾏交联才能作为材料在⼈体中使⽤[4～6 ] ,其交联产物在⼈体内降解2溶解的速度很快,⼏天内就可被⼈体完全吸收。
与此相对应,在正常⽣理环境下不溶解的天然⾼分⼦,如甲壳素(在酸性环境下溶解) [7 ] ,其降解速率就要慢得多。
磷酸三钙具有良好的⽣物相容性、⽣物活性以及⽣物降解性,是理想的⼈体硬组织修复和替代材料,在⽣物医学⼯程学领域⼀直受到⼈们的密切关注。
医学上通常使⽤的是磷酸三钙的⼀种特殊形态—β-磷酸三钙。
β-磷酸三钙主要是由钙、磷组成，其成分与⾻基质的⽆机成分相似，与⾻结合好。
动物或⼈体细胞可以在β-磷酸三钙材料上正常⽣长，分化和繁殖。
通过⼤量实验研究证明：β-磷酸三钙对⾻髓造⾎机能⽆不良反应，⽆排异反应，⽆急性毒性反应，不致癌变，⽆过敏现象。
因此β-磷酸三钙可⼴泛应⽤于关节与脊柱融合、四肢创伤、⼝腔颌⾯的外科、⼼⾎管外科，以及填补⽛周的空洞等⽅⾯。
随着⼈们对β-磷酸三钙研究的不断深⼊，其应⽤形式也出现了多样化，幵在临床医学中体现了较好的性能。
梁⼽等通过实验发现其溶⾎程度<5%，当β-磷酸三钙被植⼊⼈体内后，其在体液中能发⽣降解和吸收，钙、磷被体液吸收后进⼊⼈体循环系统，⼀定时间后植⼊⼈体的β-磷酸三钙逐渐溶解消失，形成新⾻。
Arai等利⽤β-磷酸三钙多孔陶瓷填充8～15cm 的腓⾻节段缺损，获得了腓⾻再⽣。
平均术后2个⽉即可达到重建。
不会发⽣踝关节及胫⾻的移位。
郑承泽等将β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合应⽤于临床，修复包括肿瘤性⾻缺损和陈旧性⾻折⾻缺损,经术后调查，结果显⽰植⼊材料的成⾻作⽤明显，说明β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合是⼀种治疗⾻缺损理想的⽅法。
生物可降解材料及其在医学领域的应用
生物可降解材料及其在医学领域的应用随着人们环保意识的增强，可降解材料在日常生活和医疗领域中的应用越来越广泛。
其中，生物可降解材料更是备受关注。
它可以自然降解，避免对环境造成污染，同时也可以被人体接受和吸收，使其在医疗领域中具有广泛的应用前景。
一、生物可降解材料的概念和特点生物可降解材料是一种能够被生物体分解并转化为无害物质的高分子材料。
生物可降解材料可以分为天然与合成两类。
天然生物可降解材料如纤维素、壳聚糖等，合成生物可降解材料则包括聚乳酸、聚己内酯、聚可降解聚酯等。
与传统塑料材料相比，生物可降解材料具有许多优势，主要包括：1. 环保：生物可降解材料不会对环境造成污染，不会对海洋生物产生威胁。
2. 可降解：生物可降解材料可以被微生物和酶等物质分解为水、二氧化碳和其他无毒物质。
3. 安全：生物可降解材料可以被生物体吸收和分解，不会对人体和动物造成危害。
二、生物可降解材料在医学领域的应用生物可降解材料在医学领域应用广泛，主要包括医用材料和药物递送系统两个方面。
1. 医用材料生物可降解材料在医用材料方面的应用主要包括支架材料、骨修复材料、人工心脏瓣膜等。
其中，生物可降解支架材料应用最为广泛。
由于传统金属支架材料可能导致血管狭窄和术后感染等问题，生物可降解支架材料因其自身具有可吸收降解的性质而备受欢迎。
目前，聚乳酸、聚羟基烷酸酯和聚酰胺酯等已经应用于冠状动脉支架、气管支架、肝内瘤治疗支架、尿道扩张嵌段等临床医用支架材料。
2. 药物递送系统生物可降解材料在药物递送系统中，可以充当药物载体，可以通过改变药物的结构使其更容易被人体吸收。
常见的生物可降解材料载体包括明胶、羟基磷灰石、聚羟基酸等。
与传统药物递送系统相比，生物可降解材料药物递送系统具有较长的药物释放时间、良好的生物相容性和低毒性等优点。
目前，生物可降解材料药物递送系统已经应用于癌症、心血管病等领域。
三、不足和展望生物可降解材料作为一种新型材料，仍然存在一些不足之处。
生物可降解材料技术的优势与发展前景
生物可降解材料技术的优势与发展前景随着环境保护意识的不断提升，生物可降解材料技术逐渐成为了全球研究的热点。
相较于传统的塑料材料，生物可降解材料不仅可以减少环境污染，还具有易于生物降解的优点，被越来越多的产业领域所应用。
本文将从生物可降解材料的定义、优势以及发展前景三个方面对该领域进行探讨。
一、生物可降解材料的定义生物可降解材料是指可以通过微生物代谢或其他自然降解的方式，在一定时间内转化为二氧化碳、水和天然物质的材料。
这种材料通常由天然高分子材料如淀粉、纤维素、胶原蛋白、天然橡胶等以及合成高分子材料如聚乳酸、聚己内酯等构成。
生物可降解材料广泛应用于塑料制品、医疗器械、食品包装等领域。
二、生物可降解材料的优势1、环保性传统塑料材料在生产和使用过程中会产生大量的有害废弃物，并且由于难以降解，污染环境的危害性极大。
而生物可降解材料的生产和降解过程都相对环保，不会产生过多的污染物，使得其具有更广阔的应用前景。
2、易于降解生物可降解材料通常是以天然高分子材料为基础制成，具有非常好的生物降解性能。
其可以在自然环境下通过微生物代谢或其他自然降解的方式进行分解，转化为二氧化碳、水和其他天然物质。
这种材料的降解速度比传统的塑料材料要快得多，有效缓解了环境污染问题。
3、可塑性强生物可降解材料的可塑性强，可以根据需要进行定制化生产。
其在生产过程中可以根据不同工艺技术来制定不同的生产规范，使得其在应用过程中更加符合实际需要。
4、健康安全生物可降解材料大多数是由天然物质构成制成，因此具有很好的健康安全性。
理论上，生物可降解材料的任何部分都可以被人体所吸收，从而避免了传统塑料材料在医疗、食品等领域带来的安全风险。
三、生物可降解材料的发展前景生物可降解材料技术的不断改进和完善，为其未来的发展提供了强有力的支持。
生物可降解材料在塑料制品、医疗器械、食品包装等领域都已经有了初步应用，但仍有一定的技术瓶颈需要克服。
首先，需要解决生产技术和生产成本的问题。
生物降解材料的发展与应用前景
生物降解材料的发展与应用前景随着全球环保意识的不断升高，生态环境的保护问题成为了世界各国重要议题。
在这样的大背景下，降解性材料的发展显得格外重要。
生物降解材料是指能够在特定环境下被微生物分解的高分子材料，它们可以被生物体吸收并被环境所承受，是一种符合环保要求的高分子材料。
本文将从生物降解材料的发展史、优点、应用前景等方面详细探讨其发展与应用前景。
一、生物降解材料的发展历程生物降解材料的研究始于上世纪60年代，当时化学家们发现一些在自然条件下能够降解的高分子材料。
这些材料的降解依赖于微生物的作用，形成的降解产物为二氧化碳、水和生物质。
而在20世纪70年代，人们开始大规模生产塑料制品，但是这些塑料产品固然繁荣，但它们被大量使用后也不可避免地面临着清理和处理的问题，这时生物降解材料便成为了人们在环境保护方面的希望。
20世纪80年代，生物降解材料经过了技术的改进和完善，升级换代为新型的、可降解的高分子材料。
经过多年来的研究发现，生物降解材料具有一系列的环保特性，其中既有物理外形的优点，也有环境保护上对于自然环境、生态环境的民生福祉的重大贡献。
二、生物降解材料的优点1、环保性强生物降解材料大部分是由植物脂肪酸和以细菌、霉菌等为来源的生物性原料制成的，因此生物降解材料作为一种新型的合成材料具有很高的生物分解价值。
生物降解的方式是在自然环境下，易被微生物分解，不会对环境及人体产生有毒有害的影响，其产生的废弃物也会更容易被处理，为环境治理做出更大的贡献。
2、可再生性更佳生物降解材料与传统制造材料相比，具有很高的可再生性。
传统的高分子材料可能会在制备过程中使用石化原料，导致产生二氧化碳等有害气体，并且制造难度和管理难度都要大于生物降解材料，同时传统材料无法再生利用，而生物降解材料却可以重复利用，可以回收利用其降解产物来生产新产品，提高资源的利用率。
3、存在功能性特点生物降解材料自身除了较好的降解性外还具有其他特点，如良好的物理力学性能、热稳定性能、化学稳定性能和多级结构、多丝形态等的优异特性。
生物可降解材料
生物可降解材料
主讲人：王莉
Contents
1
生物降解材料概况
2
生物降解材料的种类与性能
3
生物降解材料的降解机理
4
生物降解材料的应用范围
5
生物降解材料发展趋势
6
面临的问题和解决办法
生物降解材料概况
当代社会，每天千万吨的垃圾中，焚烧—填埋—回收再利 用是最为普遍的处理手段，而由此带来的环境问题已经不可收 拾。生物降解材料是随着环境、能源等矛盾的凸显而发展起来 的新型材料，作为一种可自然降解的材料，在环保方面起到了 独特的作用，已作为解决“白色污染”最为有效的途径。
生物降解材料的可降解机理由于生物细胞增长而使聚合物组分水解电离或质子化而发生机械性破坏分裂成低聚物碎片由于生物细胞增长而使聚合物组分水解电离或质子化而发生机械性破坏分裂成低聚物碎片生物物理作用生物物理作用生物物理作用生物物理作用微生物侵蚀导致材料分裂或氧化崩裂微生物侵蚀导致材料分裂或氧化崩裂酶直接作用酶直接作用酶直接作用酶直接作用微生物对聚合物作用而产生新物质微生物对聚合物作用而产生新物质ch4co2和h2o生物化学作用生物化学作用生物化学作用生物化学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发生降解同化的过程
据美国ASTM（材料和实验协会）定义：生物降解材料是 在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物作用下能发生化学、 生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。
生物降解材料的种类与性能
合材天成料然高具高分有子更分材多料的比 优天 点然 ，高 它微分 可生子 以物合
人工合成
从子分可子降化学解的角度来设计成分的天子可然降高分子物质分为可天降解材
2
3
对利用生物质原料 生产生物降解塑料 的企业，国家考虑 采用低息贷款政策、 技术改造专项贷款、 信用担保政策等来 鼓励产业发展
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生物降解材料：
1.天然生物材料如淀粉、纤维素的改性材料制成的塑料；
2.化学合成聚脂：PLA、PCL、PBS、PPC等；
3.微生物发酵合成高分子化合物：PLA、PHA；
4.转基因植物合成高分子化合物：PHA。
1.可完全生物降解
2.可替代大部分塑料，价格可以和石油塑料
竞争
3.分子结构多样性，综合性能好
4.可单独使用或和淀粉等其他生物质共同
使用
5.可取代PCL、Ecoflex等石油基可降解材
料
6.核心技术门槛高竞争者很难模仿进入
材料具体价格
生物降解塑料生产厂家
PLA
PLA 产业链 → → → 产业链分析：
1.PLA 改性材料生产企业：其生产受到上下游的影响比较严重。
2.PLA 生产企业：此类企业上游供给影响不大，来源和供应量很充足，关键在于企业的生产技术和产能。
美国的natureworks 处于领先地位，每年14万吨的产能，巴斯夫、日本三井和荷兰普拉克都有超万吨的产能。
国内海正生物和金发科技分别拥有5000吨左右的产能，在国内PLA 生产商中实力较强。
3.PLA 原料（中间物）生产商：PLA 生产主要有一步法和两步法两种工艺，两步法应用较多，即先由乳酸聚合并解聚得到中间体丙交酯，再由丙交酯开环聚合得到PLA ，两步法中，中间体丙交酯的生产成本和纯度直接影响PLA 产品的成本和性能。
4.PLA 改性材料使用企业：这些企业使用PLA 改性材料作为生产进一步产品的原料，成品涵盖范围包括农业、工业、门用等等领域。
PLA 材料经过改性和复合，其理化性质得到相应改进，可以采用传统吹塑、热塑机械生产成品，传统成品生产企业的转换成本并不高，而此类企业在国内数量巨大，并不构成对于PLA 改性材料生产企业的直接瓶颈。
5.消费者终端：消费者的最终需求，决定了PLA 改性和复合材料使用企业对PLA 改性材料的间接需求，成为真正的、可能的需求瓶颈。
因此，分析PLA 改性和复合材料行业下游的关键，在于消费者终端的分析 。
PLA改性材料企业
PLA
PHA
基本性能：
生物相容性，良好的力学性能，非线性光学性，气体隔离性，耐水解性能，压电性，良好的加工性能，耐热性。
性能指标：
分子量：
玻璃态温度： -60℃~+60℃
熔点： 40℃~190℃
结晶度： 10%~60%
断裂伸长率： 5%~1000%
空气与水的阻隔性类似于PET
印刷性能类似于PET
非常好的抗紫外线功能
在淡水中稳定，可在海水、土壤中完全生物降解
水相浆可形成很好的薄膜
对环节没有二次污染
下游应用：
农业：农药缓释剂
环保：电子产品、包装
生化：高性能滤膜
微电：热封闭组件
能源： P3HB醇解产物
医药：缓释长效药物载体
医用：骨钉、手术缝合线、人体整形填充材料
PCL
性能特点：
形状温控记忆性：有形状记忆性，具有初始形状的制品，经形变固定后，通过加热等外部条件刺激的处理，又可使其恢复初始形状的现象。
生物相容性：在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长，并可降解成CO2和H2O。
生物降解性：在土壤和水环境中，6-12月可完全分解成CO2和H2O。
良好相容性：可和PE、PP、ABS、AS、PC、PVAC、PVB、PVE、PA、天然橡胶等很好地互容。
良好溶剂溶解性：在芳香化合物、酮类和极性溶剂中很好地溶解。
主要应用领域
·可控释药物载体、细胞、组织培养基架
·完全可降解塑料手术缝合线
·高强度的薄膜丝状成型物
·塑料低温冲击性能改性剂和增塑剂
·医用造型材料、工业、美术造型材料、玩具、有机着色剂、热复写墨水附着剂、热熔胶合剂。
技术情况
高分子量的PCL几乎都是由ε-己内酯单体开环聚合而成的，一般的方法为:单体ε-己内酯在钛酸丁酯，辛酸亚锡，其它双金属阴离子或络合配位催化剂的存在下，140-170℃下，熔融本体聚合。
随着聚合条件的变化，聚合物的分子量可从几万到几十万。
其中采用钛酸丁酯为引发剂的合成生物高分子材料PCL制备技术、反应条件及生产、纯化工艺和PCL晶胞参数的测定技术，已被列入中国禁止出口限制出口技术目录。
市场情况
聚己内酯由于其生物可降解性，以及形状记忆功能，近几年多用于医疗卫生、环保改性材料，每年的需求增长率超过50%，但生产采用以双氧水氧化环己酮生产己内酯，氧化反应复杂剧烈，易发生爆炸，所以国内外供不应求。
南通醋酸化工厂就因这种工艺工厂爆炸而停产。
现在市场上供应的聚己内酯价格都在5-6万/吨，基本依靠进口。