生物可降解塑料PPT讲稿
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聚乳酸PLA生物可降解材料ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
7聚乳酸材料的发展前景
2024/8/6
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
17
4PLA的体外降解
聚乳酸的分解有两个阶段：经水解反应分解之后再靠微生物 分解
在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定的酯键水解 而成低聚物，然后，微生物进入组织物内，将其分解成二氧 化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高湿度），水解反应可 轻易完成，分解的速度也较快。在不容易产生水解反应的环 境下，分解过程是循序渐进的。
2 聚乳酸降解概述
2024/8/6
聚乳酸(PLA)属于线型热塑性生物可降 解脂肪族聚酯。
以玉米、小麦、木薯等一些植物中提 取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡 萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后 经过化学合成得到高纯度聚乳酸。
聚乳酸制品废弃在土壤或水中，47天 内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻 底分解成CO2和H2O，成为植物光合作用 的原料，不会对环境产生污染，因而是 一种完全自然循环型的可生物降解材料 。
乳酸大量存在时，会导致人体内环境稳态的丧失，尤其是固有的酸碱平衡将被
打破，轻则代谢紊乱，重则危及生命，因此，人体内必须消除乳酸。 直接氧化分解为CO２和H２O
在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其它组织细胞能摄取血液中的乳酸，在 乳酸脱氢酶的作用下，将乳酸转变成丙酮酸，然后进入线粒体被彻底氧化分解 ，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通过呼吸道、大小便、汗液排除体外。
降解的主要方式：本体侵蚀。
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后，首先发生材料吸水。 水性介质渗入聚合物基质，导致聚合物分子链松弛，酯键开始初 步水解，分子量降低，逐渐降解为低聚物。
生物降解塑料.【优质PPT】
降解 • 4、组合降解塑料的研究；光/生物降解塑料、生物/氧
化降解塑料、光/氧化/生物降解塑料
当前技术发展方向
• 1、积极地开发各种添加剂 • 2、通过分子设计研究和分子合成技术，不断改进配方 • 3、利用纤维素、淀粉、甲壳素等天然高分子材料 • 4、将塑料工业与细菌学结合起来 • 5、光/生物降解塑料具有光解和生物降解双重特性
的有 领利 域于
堆 肥
• 1、食品包装材料 • 2、卫生用品 • 3、日用杂货品
• 1、一次性医疗用具
医
用
• 2、医用材料
领
• 3、药品缓释胶囊
域
• 4、绷带
2、当前技术发展状况
• 1、光降解塑料的研究；合成型、添加型 • 2、化学降解塑料的研究；氧化性、水解型 • 3、生物降解塑料的研究；完全生物降解、崩坏性生物
一、产品背景
• 近年来,中国包装用塑料约400万t,其中难以回收利 用的一次性塑料包装约占30%,则每年产生的塑料包 装废弃物约120万t;塑料地膜40多万t,由于较薄 (8μm以下),用后破碎在农田中并夹杂了大量的沙土, 很难回收利用;难以回收利用的一次性日用杂品及不 宜回收利用的医疗用品约40万t。
• 1998年合成树脂的表观消费量约1 494.0万t,塑料制品为1 427.6万t。塑料材料和产品作为一种重要工业资材和消费资 材,已广泛应用于工业、农业、包装业和高科技领域以及人民 生活的各个方面,它已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱 材料,在促进国民经济各部门的技术进步和满足人民生活需要 方面发挥着越来越重要的作用。
响； • ⑤使用过程中不释放气体和其他物质； • ⑥无毒无害无味； • ⑦能适应的温度区间为：-20℃——200℃
三、产品方案
化降解塑料、光/氧化/生物降解塑料
当前技术发展方向
• 1、积极地开发各种添加剂 • 2、通过分子设计研究和分子合成技术，不断改进配方 • 3、利用纤维素、淀粉、甲壳素等天然高分子材料 • 4、将塑料工业与细菌学结合起来 • 5、光/生物降解塑料具有光解和生物降解双重特性
的有 领利 域于
堆 肥
• 1、食品包装材料 • 2、卫生用品 • 3、日用杂货品
• 1、一次性医疗用具
医
用
• 2、医用材料
领
• 3、药品缓释胶囊
域
• 4、绷带
2、当前技术发展状况
• 1、光降解塑料的研究；合成型、添加型 • 2、化学降解塑料的研究；氧化性、水解型 • 3、生物降解塑料的研究；完全生物降解、崩坏性生物
一、产品背景
• 近年来,中国包装用塑料约400万t,其中难以回收利 用的一次性塑料包装约占30%,则每年产生的塑料包 装废弃物约120万t;塑料地膜40多万t,由于较薄 (8μm以下),用后破碎在农田中并夹杂了大量的沙土, 很难回收利用;难以回收利用的一次性日用杂品及不 宜回收利用的医疗用品约40万t。
• 1998年合成树脂的表观消费量约1 494.0万t,塑料制品为1 427.6万t。塑料材料和产品作为一种重要工业资材和消费资 材,已广泛应用于工业、农业、包装业和高科技领域以及人民 生活的各个方面,它已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱 材料,在促进国民经济各部门的技术进步和满足人民生活需要 方面发挥着越来越重要的作用。
响； • ⑤使用过程中不释放气体和其他物质； • ⑥无毒无害无味； • ⑦能适应的温度区间为：-20℃——200℃
三、产品方案
可降解塑料的生物合成(共53张PPT)
骨用骼该代 方用法品具或有骨破等板胞，所产手得术产生后品无的P需纯H取度B出较V。高。、提以取速果度快糖等优为点碳。 源时，共聚物占细胞干重的47%。
PHB是仅有C、H和O元素组成的多聚物，在合成PHB所需的基质中，碳源的消耗量最大，所占发酵原料成本的比例也最大，因而，产物PHB
这些发现不仅给PHA生物合成和调节机制的研究增加了新的 对碳源的产率Yp/c，是影响PHB工业化规模生产的重要因素。
近年日本相继成立了生物降解塑料研究会、生物降解塑料
实用化检讨委员会，日本通产省已将生物降解塑料作为继 金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材 料”。
欧洲Bhre-Eurae更是对生物降解塑料建立了完善的降 解评价体系。
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能 很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完全生物降解 塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为天然高分子材料、 微生物合成材料、化学合成材料、掺混型材料等。
在众多的生物可降解材料中，采用微生物发酵法生产的聚
β-羟基烷酸（简称PHAs），成为应用环境生物学方面的一个 研究的热点。其中，β-羟基丁酸（简称PHB）及3-羟基丁酸 与3-羟基戊酸的共聚物[简称P(3HB-co-3HV)或PHBV]是PHAs族 中研究和应用最广泛的两种多聚体。
聚β-羟基烷酸（PHAs）作为一种有光学活性的聚酯， 除具有高分子化合物的基本特性，如质轻、弹性、可塑 性、耐磨性、抗射性等外，更重要的是它还具有生物可降
济的碳源。
二、合成PHAs的主要基质
可用来工业化生产PHA的糖质碳源有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、 淀粉等。
（1）葡萄糖 真养产碱杆菌野生株H16利用果糖积累PHB， 其利用葡萄糖的变异株已用于工业生产PHB。
可降解塑料袋ppt课件
不可降解的大众塑料塑料对地球的危害
1.两百年才能腐烂。塑料袋埋在地下要经过大约两百年的时 间才能腐烂，会严重污染土壤；如果采取焚烧处理方式，则会产 生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。
2.降解塑料难降解。市场上常见的“降解塑料袋”，实际上 只是在塑料原料中添加了淀粉，填埋后因为淀粉的发酵、细菌的 分解，大块塑料袋会分解成细小甚至肉眼看不见的碎片。这是一 种物理降解，并没有从根本上改变塑料产品的化学性质。
可降解塑料
————拯救地球的绿色革命
一般的可降解塑料袋由聚乙烯加淀粉制成，但这种可 降解塑料只能将大块的塑料降解成较小的塑料块，塑 料分子的成分并没有完全消失，所以它的降解是有限 度的。目前国内研究出了一种新的可降解塑料，其成 分是聚乙烯醇加淀粉再加光敏剂合成的，聚乙烯醇本 来就比聚乙烯容易降解，添加光敏剂可以通过吸收阳 光来加速塑料的降解，淀粉则可以促进塑料在土壤中 生物降解的速度。因此这种新型可降解塑料相对于前 种更容易降解，而且它降解后塑料成分分解成碳和水 等简单分子结构的物质，比较环保。
小组成员：陈 建 朱振扬 刘杰 丁威 杨彬 张文君 王伟
谢谢观看
3.影响土壤的正常呼吸。塑料袋本身不是土壤和水体的基本 物质之一，强行进入到土壤之后，由于它自身的不透气性，会影 响到土壤内部热的传递和微生物的生长，从而改变土壤的特质。 这些塑料袋经过长时间的累积，还会影响到农作物吸收养分和水 分，导致农作物减产。
4.易造成动物误食。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弃在地面上和水面上的塑料袋，容易 被动物当做食物吞入，塑料袋在动物肠胃里消化不了，易导致动 物肌体损伤和死亡。
可降解塑料是利用植物秸杆等制成的对人体和 环境友好的物品,不同于三大合成的塑料,废弃后, 在生物环境的作用下,可以自行分解,无论对人还 是环境都无害,属于绿色包装. 可降解塑料袋是“能降解、易降解”的一种一 次性购物袋。可降解塑料袋从原料和分解因素 的不同，可分为两种： • 一种是以聚乙烯塑料为主，掺混淀粉等生物降 解剂制成的塑料袋 , 也叫做可生物降解型塑料 袋。这种塑料袋主要靠微生物作用而分解。 • 另一种是以聚乙烯塑料为主，掺混光降解剂和 碳酸钙等矿物粉体制成的塑料袋，也叫做光降 解型塑料袋。这种塑料袋是在太阳光的作用下 分解。
《生物可降解材料》课件
3
同时，随着生产成本的降低和性能的提高，生物 可降解材料将有可能替代传统塑料，成为主流的 包装和建筑材料。
04 生物可降解材料的研究进 展
生物可降解材料的制备技术
生物可降解材料的合成方 法
包括化学合成、微生物发酵和酶促合成等， 这些方法能够生产出具有优异性能的生物可 降解材料。
生物可降解材料的加工技术
05 生物可降解材料面临的挑 战与解决方案
生物可降解材料的生产成本问题
总结词
生产成本高昂
详细描述
生物可降解材料的生产过程中需要使用昂贵的原材料和复杂的生产工艺，导致其成本远高于传统塑料 。
生物可降解材料的性能稳定性问题
总结词
性能不稳定
详细描述
部分生物可降解材料在自然环境中的降解速率较慢，且在降解过程中可能产生有毒物质，对环境造成二次污染。
生物可降解材料在医疗领域的应用
由于传统医用材料对患者的伤害和对环境的污染，生物可降解材料在医疗领域的应用越来越广泛。这些材料可以用于 制造手术缝合线、药物载体等。
生物可降解材料在其他领域的应用
除了包装和医疗领域，生物可降解材料还可以应用于农业、建筑、纺织等领域。这些材料可以用于制造 农用地膜、建筑材料和服装等。
生物可降解材料的推广应用问题
总结词
应用范围有限
详细描述
目前生物可降解材料的应用领域相对 狭窄，主要集中在包装、餐饮等少数 行业，未能大规模取代传统塑料。
06 结论与展望
总结生物可降解材料的优势与不足
总结词
生物可降解材料在环境保护和可持续发展方面具有显著优势，但也存在一些不足之处。
详细描述
生物可降解材料能够有效地减少塑料垃圾的产生，降低环境污染，同时可降解材料在特 定环境条件下可被微生物分解为水和二氧化碳，实现材料的循环利用。然而，生物可降
生物降解塑料ppt课件
05:14
第三章 生物降解塑料
物降解高分子材料经几个年的发展、已有一些高分子材料 形成商品，如表所示。以下对各类降解高分子材料作一简述。
05:14
第三章 生物降解塑料
3.3.1 微生物合成的高分子
这种聚合物早在1925年由巴黎Pasteur研究所发现，之后 研究表明这种高分子量聚合物用于贮存能量。
05:14
第三章 生物降解塑料
PLA是结晶的刚性聚合物，强度高，但耐水性差，容易水解。 Tg为58摄氏度，Tm是184摄氏度，可制成纤维、薄膜、 棒、螺栓、板和夹子。 乳酸与乙交酯或已内酰胺共聚可改善聚合物的机械性能， 这种共聚物可用在医学上，如缝线、移植等，也可用作食品包 装、纸涂层、快餐器具等。
05:14
第三章 生物降解塑料
目前能使聚合物降解的酶主要是水解酶和氧化还原酶。 1）一般水解酶在细胞外，故适合于聚合物降解。 2）氧化还原酶则大多存在于细胞内，故不太适合于高分子 的初始降解。 一般加聚类聚合物不易发生生物降解反应，如聚烯烃、聚 苯乙烯、聚氯乙烯等都是耐生物降解的。试验结果表明， HDPE分子量在3000以下是可以生物降解的，LDPE分子量在 200以下是可以生物降解的、而PS分子量在600以下也不容易 生物降解。
可见除聚乳酸和聚乙烯醇外，聚合物的玻璃化温度Tg均低 于室温。
对聚合物来说，结晶可以提高材料的强度，但结晶度太高， 会使酶作用能力变差，主要是因为结晶品格限制分子运动，不 能使酶分子与聚合物很好地发生作用。
根据以上讨论，设计合成的生物降解高分子材料应该是脂 肪族极性物质，分子链柔性比较好，分子链间不交联。因此， 共聚或共混的方法是改进生物降解聚合物降解塑料
PHB是一种脆性的高度结晶的不稳定的材料，平均结晶度 80％，其熔点179摄氏度，玻璃化转变温度0～5摄氏度，密 度1.35g/cm3，热变形温度143摄氏度，上限工作湿度93摄 氏度。
第三章 生物降解塑料
物降解高分子材料经几个年的发展、已有一些高分子材料 形成商品，如表所示。以下对各类降解高分子材料作一简述。
05:14
第三章 生物降解塑料
3.3.1 微生物合成的高分子
这种聚合物早在1925年由巴黎Pasteur研究所发现，之后 研究表明这种高分子量聚合物用于贮存能量。
05:14
第三章 生物降解塑料
PLA是结晶的刚性聚合物，强度高，但耐水性差，容易水解。 Tg为58摄氏度，Tm是184摄氏度，可制成纤维、薄膜、 棒、螺栓、板和夹子。 乳酸与乙交酯或已内酰胺共聚可改善聚合物的机械性能， 这种共聚物可用在医学上，如缝线、移植等，也可用作食品包 装、纸涂层、快餐器具等。
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第三章 生物降解塑料
目前能使聚合物降解的酶主要是水解酶和氧化还原酶。 1）一般水解酶在细胞外，故适合于聚合物降解。 2）氧化还原酶则大多存在于细胞内，故不太适合于高分子 的初始降解。 一般加聚类聚合物不易发生生物降解反应，如聚烯烃、聚 苯乙烯、聚氯乙烯等都是耐生物降解的。试验结果表明， HDPE分子量在3000以下是可以生物降解的，LDPE分子量在 200以下是可以生物降解的、而PS分子量在600以下也不容易 生物降解。
可见除聚乳酸和聚乙烯醇外，聚合物的玻璃化温度Tg均低 于室温。
对聚合物来说，结晶可以提高材料的强度，但结晶度太高， 会使酶作用能力变差，主要是因为结晶品格限制分子运动，不 能使酶分子与聚合物很好地发生作用。
根据以上讨论，设计合成的生物降解高分子材料应该是脂 肪族极性物质，分子链柔性比较好，分子链间不交联。因此， 共聚或共混的方法是改进生物降解聚合物降解塑料
PHB是一种脆性的高度结晶的不稳定的材料，平均结晶度 80％，其熔点179摄氏度，玻璃化转变温度0～5摄氏度，密 度1.35g/cm3，热变形温度143摄氏度，上限工作湿度93摄 氏度。
生物降解地膜ppt课件
生产过程
• 材料配方：
称量80公斤线性低密度聚乙烯7042 20公斤高压聚乙烯2426 生物降解母粒30公斤 二茂铁0.08公斤 加入搅拌机搅拌5分钟备用。
7
• 挤出机预热： • 一组温度150度 • 二组温度160度 • 三组温度170度 • 三通弯头温度160度 • 模头温度150度，温度到达指定数据后，恒温20分钟。 • 投料生产： • 把准备好的材料加入料斗后，缓缓启动主机，开启
牵引，收卷，鼓风机，慢慢加气，最后测量厚度， 宽度，到达预定数据后，剖边收卷。
8
主要指标
• （1）产品质量应符合相应质量标准的要求。 • （2）产品的生物降解率≥50%。 • （3）产品中不得含有国家禁止的毒性化学
物质。
• （4）产品生产过程中污染物排放应符合国
家相应要求。环境影响：减少白色污染， 保护人类生存环境。
9
降解过程
•1、降解地膜分为覆盖期和降解期两个阶段,覆盖期是农
作物需要保温、保湿、保墒的时间,即传统地膜从开始铺 膜到可以捡膜的时间.
•2、降解地膜进入降解期的地膜膜面整体颜色变暗,横向
拉力和纵向拉力减弱,膜面开始出现不规则的裂纹.
•3、降解地膜随着降解期的延长,膜面呈现糖衣状,由于土
壤表面与土壤内部环境的不同,埋在土壤内部的地膜比土10
2
分类
• 生物降解地膜的分类方法有很多种，根据不同的分类
方法可将其分为以下几种类型：
• 1、按照降解机理和破坏形式，生物降解地膜可分为完
全生物降解地膜和添加型可生物降解地膜两种类型。
• 完全生物降解地膜是由能被微生物完全分解的物
质组成的塑料薄膜，该物质主要来源于淀粉、纤维素、 壳聚糖及其他多糖类天然材料，其降解的最终产物为 C02和H20，可完全为自然界消纳，也不会对环境产生 3
《绿色塑料PLA》课件
政府可以通过提供税收优惠、补贴等政策措施来支持PLA的生产和应用。
政策支持
鼓励和支持企业进行PLA的研发，提高PLA的性能和降低生产成本。
研发支持
加强公众对PLA完善的PLA回收体系，促进PLA的循环利用，降低对环境的负担。
建立PLA回收体系
THANKS
05
CHAPTER
结论
PLA产量增长
01
随着环保意识的增强和技术的进步，PLA的产量预计在未来几年将持续增长。
应用领域拓宽
02
PLA作为一种环保、可降解的材料，有望在更多领域得到应用，如食品包装、一次性餐具等。
PLA与其他生物降解材料的竞争
03
PLA面临着来自其他生物降解材料的竞争，如PBAT、PHA等，但PLA在环保性和生产成本方面具有优势。
感谢您的观看。
《绿色塑料PLA》PPT课件
目录
介绍PLA的优势PLA的挑战PLA的发展前景结论
01
CHAPTER
介绍
PLA是一种由可再生植物资源（例如玉米）提取淀粉原料，通过生物发酵技术制备而成的生物降解塑料。
定义
PLA具有生物降解性、环保性、良好的加工性能和力学性能等特点。
特点
PLA也被称为聚乳酸或聚丙交酯。
PLA的生物降解过程相对较长，需要数月甚至数年的时间才能完全降解。
目前PLA的生物降解技术尚不成熟，降解效率较低，且降解产物可能对环境产生二次污染。
04
CHAPTER
PLA的发展前景
政府出台相关政策，鼓励可降解塑料的发展，为PLA的推广和应用提供了有力支持。
政策推动
政府为PLA产业提供资金扶持，包括税收优惠、贷款贴息等，降低PLA生产成本。
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16
PHAs的结构、物理化学性质-续
• PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
• 随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性增
加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得较
易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
• 单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)
3HV)或PHBV
9
PHAs
• PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如
质轻、弹性、可塑性、耐磨性、抗射线等
外，还具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs 原料
９个月
降
香波瓶
解
合成塑料
100年
10
一、PHAs的结构、物理化学性质和应用
• 多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHAs作为碳源和
能源的贮存物。
12
聚合物命名
• R为甲基时，其聚合物为聚β--羟基丁酸(PHB) • R为乙基时，其聚合物为聚β--羟基戊酸(PHV) • 在一定条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物，其
典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P(3HB-co-3HV)。
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PHAs的结构、物理化学性质
• 每个PHAs颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的物
录是多少？
• 一般发酵过程分为哪两个阶段？
19
PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
20
二、PHAs的生物合成
• 合成PHAs的主要微生物 • 合成PHAs的主要基质 • PHAs的代谢途径与调控
21
PHAs的生物合成
一 合成PHAs的主要微生物 1 PHAs的发现及形成机制
2
普通塑料对环境污染的特点
成分为合成树脂 (1)污染范围广 (2)污染物增长量快。
– 全世界每年对塑料的需求量为1亿吨。 – 美国专家估计每10年产量将增加1倍。 – 1995年我国的塑料需求量为600万吨，其中对环境有威
胁的地膜为88万吨，包装用品为150-200万吨。 – 美国、日本的塑料垃圾占垃圾总量的7%。
• 由于PHAs具有低溶解性和高分子量，它在胞内的积累不
会引起渗透压的增加，是理想的胞内贮藏物，比糖原、 多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。
• PHAs的通式可写成：
R
O
___
O
__
CH__
CH2__
C
___ n
单体数目
11
R多为不同链长正烷基，也可以是支链的、不 饱和的或带取代基的烷基
– R为甲基时，单体为β--羟基丁酸(HB)； – R为乙基时，单体为β--羟基戊酸(HV)； – R为丙基时，单体为β--羟基已酸(HC)； – R为丁基时，单体为β--羟基庚酸(HH)； – R为戊基时，单体为β--羟基辛酸(HO)； – R为已基时，单体为β--羟基壬酸(HN)； – R为庚基时，单体为β--羟基癸酸(HD)； – R为辛基时，单体为β--羟基十一酸(HUD)； – R为壬基时，单体为β--羟基十二酸(HDD)；
3
普通塑料对环境污染的特点-续
(3) 处理难。塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、难降解的 特性，埋地处理百年不烂；燃烧时产生大量有毒气体， 如HCl、SOx、CO等。
4
普通塑料对环境污染的特点
(4)回收利用难。塑料制品种类多，填料、颜料多样，难以 分拣回收再利用。
(5)生态环境危害大。地膜降低耕地质量，农作物植株矮小， 抗病力差。
5
生物可降解塑料
• 研究和开发生物可降解塑料已迫在眉捷 • 用可生物降解塑料代替部分石油化工合成塑料，禁用
某些塑料制品 – 如意大利已立法规定自1991年起所有包装用塑料都
必须生物可降解，我国也已开始考虑禁用塑料方便 餐盒等不可降解的塑料制品。
6
国内外出现的生物可降解塑料
PCL-聚已内酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯
则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更
快。
HB -β--羟基丁酸
17
PHB的工业化应用主要存在两个缺点
• PHB较差的熔化稳定性，其分解温度约为200 ℃，该温
度与其熔点相近(约175 ℃)； – 可通过在发酵过程中加入3HV的前体合成PHBV共聚
体或将PHB与其它多聚物相混合使用来解决；
理化学性质和机械性能如韧度、脆性、溶点、玻璃态 温度和抗溶剂性等与单体的组成有极大的关系。 – 例如PHBV共聚物中β－羟基戊酸组分的增加可使熔
点从180℃(PHB均聚物)降至75℃(PHBV共聚物中HV 组分的摩尔分数为30~40%) 。
HV -β--羟基戊酸
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PHAs的结构、物理化学性质-续
• 在环境条件下贮存数日后，PHB易发脆。
– PHB的老化问题可通过简单的淬火处理来较大程度 地解决。
18
思考题
• 含有PHAs的微生物能通过什么染料鉴别？ • 能利用糖蜜生产PHB的最有效菌株是什么？ • 工业生产PHAs的微生物菌种需要考虑哪些
因素？
• 目前报道利用葡萄糖基质生产PHB的最高记
生物可降解塑料课件
2020/7/10
Environmental Biotechnology
1
第一节 塑料废物污染和可降解塑料
• 二十世纪七十年代以来塑料工业得到迅猛的发展，无论
是工业、农业、建筑业，还是人们的日常生活无不与塑 料密切相关。
• 化学合成塑料在自然环境中很难分解，亦不会被腐蚀，
燃烧处理又会产生有害气体，塑料垃圾对环境造成了巨 大的危害。
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生物可降解塑料的特点
• 工艺简单 • 生产过程污染轻 • 生物可降解性和生物可相容性 • 可进行高分子材料的结构调整：控制营养、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境条件
8
第二节、PHAs的生物合成与应用
• 采用微生物发酵法生产的聚-β-羟基烷酸(简称PHAs)，
成为应用环境生物学方面的一个研究的热点 – 聚-β-羟基丁酸——PHB – 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物——P(3HB-co-
• 大多数有关细菌PHAs的物化性质的研究是针对PHB和
PHBV两种聚合物进行的。
• PHB是高度结晶的晶体，结晶度的范围在55－80%，
其在物理性质甚至分子结构上与聚丙烯(PP)很相似， 例如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张强度等，而比 重大、透氧率低和抗紫外线照射以及具有光学活性、 阻湿性等则是PHB的优点，见表7-2-1。
PHB最初由 Lemoigne于1925年首先发现。从
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium)分离鉴定。
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PHAs的结构、物理化学性质-续
• PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
• 随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性增
加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得较
易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
• 单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)
3HV)或PHBV
9
PHAs
• PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如
质轻、弹性、可塑性、耐磨性、抗射线等
外，还具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs 原料
９个月
降
香波瓶
解
合成塑料
100年
10
一、PHAs的结构、物理化学性质和应用
• 多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHAs作为碳源和
能源的贮存物。
12
聚合物命名
• R为甲基时，其聚合物为聚β--羟基丁酸(PHB) • R为乙基时，其聚合物为聚β--羟基戊酸(PHV) • 在一定条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物，其
典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P(3HB-co-3HV)。
13
PHAs的结构、物理化学性质
• 每个PHAs颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的物
录是多少？
• 一般发酵过程分为哪两个阶段？
19
PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
20
二、PHAs的生物合成
• 合成PHAs的主要微生物 • 合成PHAs的主要基质 • PHAs的代谢途径与调控
21
PHAs的生物合成
一 合成PHAs的主要微生物 1 PHAs的发现及形成机制
2
普通塑料对环境污染的特点
成分为合成树脂 (1)污染范围广 (2)污染物增长量快。
– 全世界每年对塑料的需求量为1亿吨。 – 美国专家估计每10年产量将增加1倍。 – 1995年我国的塑料需求量为600万吨，其中对环境有威
胁的地膜为88万吨，包装用品为150-200万吨。 – 美国、日本的塑料垃圾占垃圾总量的7%。
• 由于PHAs具有低溶解性和高分子量，它在胞内的积累不
会引起渗透压的增加，是理想的胞内贮藏物，比糖原、 多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。
• PHAs的通式可写成：
R
O
___
O
__
CH__
CH2__
C
___ n
单体数目
11
R多为不同链长正烷基，也可以是支链的、不 饱和的或带取代基的烷基
– R为甲基时，单体为β--羟基丁酸(HB)； – R为乙基时，单体为β--羟基戊酸(HV)； – R为丙基时，单体为β--羟基已酸(HC)； – R为丁基时，单体为β--羟基庚酸(HH)； – R为戊基时，单体为β--羟基辛酸(HO)； – R为已基时，单体为β--羟基壬酸(HN)； – R为庚基时，单体为β--羟基癸酸(HD)； – R为辛基时，单体为β--羟基十一酸(HUD)； – R为壬基时，单体为β--羟基十二酸(HDD)；
3
普通塑料对环境污染的特点-续
(3) 处理难。塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、难降解的 特性，埋地处理百年不烂；燃烧时产生大量有毒气体， 如HCl、SOx、CO等。
4
普通塑料对环境污染的特点
(4)回收利用难。塑料制品种类多，填料、颜料多样，难以 分拣回收再利用。
(5)生态环境危害大。地膜降低耕地质量，农作物植株矮小， 抗病力差。
5
生物可降解塑料
• 研究和开发生物可降解塑料已迫在眉捷 • 用可生物降解塑料代替部分石油化工合成塑料，禁用
某些塑料制品 – 如意大利已立法规定自1991年起所有包装用塑料都
必须生物可降解，我国也已开始考虑禁用塑料方便 餐盒等不可降解的塑料制品。
6
国内外出现的生物可降解塑料
PCL-聚已内酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯
则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更
快。
HB -β--羟基丁酸
17
PHB的工业化应用主要存在两个缺点
• PHB较差的熔化稳定性，其分解温度约为200 ℃，该温
度与其熔点相近(约175 ℃)； – 可通过在发酵过程中加入3HV的前体合成PHBV共聚
体或将PHB与其它多聚物相混合使用来解决；
理化学性质和机械性能如韧度、脆性、溶点、玻璃态 温度和抗溶剂性等与单体的组成有极大的关系。 – 例如PHBV共聚物中β－羟基戊酸组分的增加可使熔
点从180℃(PHB均聚物)降至75℃(PHBV共聚物中HV 组分的摩尔分数为30~40%) 。
HV -β--羟基戊酸
14
PHAs的结构、物理化学性质-续
• 在环境条件下贮存数日后，PHB易发脆。
– PHB的老化问题可通过简单的淬火处理来较大程度 地解决。
18
思考题
• 含有PHAs的微生物能通过什么染料鉴别？ • 能利用糖蜜生产PHB的最有效菌株是什么？ • 工业生产PHAs的微生物菌种需要考虑哪些
因素？
• 目前报道利用葡萄糖基质生产PHB的最高记
生物可降解塑料课件
2020/7/10
Environmental Biotechnology
1
第一节 塑料废物污染和可降解塑料
• 二十世纪七十年代以来塑料工业得到迅猛的发展，无论
是工业、农业、建筑业，还是人们的日常生活无不与塑 料密切相关。
• 化学合成塑料在自然环境中很难分解，亦不会被腐蚀，
燃烧处理又会产生有害气体，塑料垃圾对环境造成了巨 大的危害。
7
生物可降解塑料的特点
• 工艺简单 • 生产过程污染轻 • 生物可降解性和生物可相容性 • 可进行高分子材料的结构调整：控制营养、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境条件
8
第二节、PHAs的生物合成与应用
• 采用微生物发酵法生产的聚-β-羟基烷酸(简称PHAs)，
成为应用环境生物学方面的一个研究的热点 – 聚-β-羟基丁酸——PHB – 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物——P(3HB-co-
• 大多数有关细菌PHAs的物化性质的研究是针对PHB和
PHBV两种聚合物进行的。
• PHB是高度结晶的晶体，结晶度的范围在55－80%，
其在物理性质甚至分子结构上与聚丙烯(PP)很相似， 例如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张强度等，而比 重大、透氧率低和抗紫外线照射以及具有光学活性、 阻湿性等则是PHB的优点，见表7-2-1。
PHB最初由 Lemoigne于1925年首先发现。从
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium)分离鉴定。