可生物降解材料的现状和发展前景

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生物可降解聚合物材料的发展前景

生物可降解聚合物材料的发展前景

生物可降解聚合物材料的发展前景一、背景介绍随着全球环保意识的提高和塑料污染问题的日益严重,生物可降解聚合物材料作为一种环保、可持续发展的替代品逐渐受到人们的关注。

生物可降解材料是指在自然环境中能够被微生物降解而不产生有害物质的材料,具有良好的可降解性和生物相容性,被认为是一种解决传统塑料难降解、对环境污染严重的有效途径。

二、应用领域拓展生物可降解聚合物材料在各个领域的应用日益广泛,尤其在塑料制品、包装材料、医疗器械等方面有着巨大的市场潜力。

例如,生物可降解塑料袋、一次性餐具、包装材料等可以有效减少塑料废弃物对环境的影响;生物可降解医疗器械可以降低医疗废物处理难度和成本,减少对环境和健康的危害。

三、技术研发进展随着技术的不断进步,生物可降解聚合物材料的研发水平也在不断提升。

目前,人们已经成功研发出各种基于生物质、藻类、菌类等天然材料的生物可降解聚合物,具有良好的力学性能和热性能,并且在降解速度、降解产物方面也有了较大突破。

未来,有望通过生物技术、生物化学等领域的深入研究,进一步提高生物可降解材料的性能和降解速度。

四、市场前景展望生物可降解聚合物材料的发展前景十分广阔。

随着全球对环保和可持续发展的重视程度不断提高,生物可降解材料将逐渐替代传统的塑料制品,成为塑料工业的重要发展方向。

未来,随着技术的不断成熟和产业化规模的逐步扩大,生物可降解聚合物材料有望在市场上占据重要地位,为环境保护和可持续发展做出更大的贡献。

综上所述,生物可降解聚合物材料作为一种环保、可持续发展的替代品,具有广阔的应用前景和市场潜力,其发展将为全球环境保护工作带来积极影响。

希望未来在科研人员和产业界的共同努力下,生物可降解材料能够更好地为人类社会发展和环境保护提供支持。

生物降解材料的开发与应用前景

生物降解材料的开发与应用前景

生物降解材料的开发与应用前景在当今社会,环境保护和可持续发展已经成为全球关注的焦点话题。

随着人们对塑料污染问题的认识日益加深,寻找可替代传统塑料的新型材料变得至关重要。

生物降解材料作为一种具有巨大潜力的解决方案,正逐渐走进人们的视野,并在多个领域展现出广阔的应用前景。

生物降解材料,顾名思义,是指在特定环境条件下,能够被微生物分解为无害物质的材料。

与传统塑料相比,它们具有显著的优势。

传统塑料往往需要数百年甚至更长时间才能自然分解,而生物降解材料的降解时间则短得多,通常在几个月到几年之间,大大减少了对环境的长期影响。

目前,常见的生物降解材料主要包括聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、淀粉基塑料等。

聚乳酸是由乳酸聚合而成,具有良好的机械性能和加工性能,广泛应用于包装、纺织、医疗等领域。

聚羟基脂肪酸酯则是由微生物合成的一种天然聚酯,具有优异的生物相容性和降解性能,在生物医药领域有着广阔的应用前景。

淀粉基塑料则是以淀粉为主要原料,通过与其他聚合物共混或改性制备而成,具有成本低、来源广泛等优点,常用于一次性餐具、农用地膜等产品。

在开发生物降解材料的过程中,科研人员面临着诸多挑战。

首先是性能方面的问题。

虽然生物降解材料在降解性能上表现出色,但在某些物理性能如强度、耐热性等方面往往不如传统塑料,这限制了它们在一些高端领域的应用。

其次是成本问题。

目前,生物降解材料的生产成本相对较高,这使得其在市场竞争中处于劣势。

为了解决这些问题,科研人员不断探索新的合成方法和改性技术。

例如,通过共聚、共混等手段改善材料的性能,或者开发更加高效的生产工艺降低成本。

生物降解材料的应用领域十分广泛。

在包装行业,生物降解塑料可以用于制作塑料袋、餐盒、饮料瓶等产品,减少塑料垃圾的产生。

特别是在食品包装领域,生物降解材料不仅能够保证食品的安全和卫生,还能在使用后快速降解,降低对环境的污染。

在农业领域,生物降解农用地膜的应用可以有效解决传统地膜难以回收造成的土壤污染问题。

生物可降解塑料的应用研究现状和发展方向汇总

生物可降解塑料的应用研究现状和发展方向汇总

生物可降解塑料的应用研究现状和发展方向汇总生物可降解塑料是指由可再生生物质或微生物合成的塑料,具有优良的可降解性能,能够在自然环境中被微生物分解并最终转化为二氧化碳和水。

与传统塑料相比,生物可降解塑料具有较低的能耗、较少的污染,具有更好的环境友好性和可持续性。

以下是对生物可降解塑料的应用、研究现状和发展方向的汇总:应用领域:1.包装领域:生物可降解塑料可用于食品包装袋、一次性餐具等,符合环保和卫生要求。

2.农业领域:生物可降解塑料可以应用于农膜、肥料包装袋等,可以有效减少农业用塑料的污染。

3.医疗领域:生物可降解塑料可用于医疗器械、医疗包装等,不仅具有良好的安全性,还可以降低医疗废弃物的处理难度。

4.纺织领域:生物可降解塑料纤维可用于制造纺织品,具有抗菌性和温感性能,且易于降解。

5.3D打印领域:生物可降解塑料可应用于3D打印材料,可以减少废弃物产生,降低对环境的影响。

研究现状:1.材料种类丰富:目前已经研发出多种生物可降解塑料,包括聚乳酸(PLA)、混酯(PHA)、聚酯淀粉酯(PBS)等,可以根据具体需求选择不同的材料。

2.性能改进:研究人员正在努力改善生物可降解塑料的力学性能、氧气透过性、水分敏感性等方面的问题,以提高其实际应用性能。

3.复合材料:将生物可降解塑料与其他材料进行复合,可以获得具有更好性能的材料,如生物降解塑料与木材粉末的复合材料等。

4.微生物合成:通过微生物发酵合成生物可降解塑料,不仅可以减少对化石能源的依赖,还可以提高材料的可持续性。

发展方向:1.实现规模化生产:目前,生物可降解塑料的生产成本相对较高,规模化生产仍然是一个挑战。

未来的发展方向是降低生产成本,提高生产效率,使其能够替代传统塑料。

2.提高性能稳定性:目前生物可降解塑料在高温、高湿等环境下的稳定性较差,需要进一步提高其热稳定性、湿热稳定性等性能。

3.新材料开发:继续开发新的生物可降解原料和新型生物可降解塑料,以满足不同领域的需求。

2024年PHA产品市场发展现状

2024年PHA产品市场发展现状

PHA产品市场发展现状引言PHA(聚羟基脂肪酸)是一种生物可降解聚合物,被广泛应用于包装、医疗、农业和纺织行业等领域。

本文将重点探讨PHA产品的市场发展现状,并分析其前景。

市场规模及增长趋势自20世纪90年代末PHA产品问世以来,市场需求不断增加。

根据市场调研,2019年全球PHA市场规模为X亿美元,预计2025年将达到Y亿美元。

这表明PHA 市场正在快速发展,并吸引着更多的投资和关注。

行业应用包装行业PHA在包装行业中得到广泛应用,尤其是在食品和日用品包装领域。

传统塑料对环境产生不可逆转的影响,而PHA作为一种可生物降解材料,被认为是环保替代品。

由于消费者对环保产品的关注度提高,PHA在包装行业的需求稳步增长。

医疗行业PHA在医疗行业中发挥着重要作用。

作为生物可降解聚合物,PHA在医疗器械、缝合线和药物缓释系统中广泛应用。

随着人们对健康和生物材料的关注增加,PHA在医疗行业的应用前景广阔。

农业领域PHA可用于制造土壤增强剂和农膜,改善土壤性质和保护植物。

由于农业持续发展和环境保护意识的提高,PHA在农业领域的应用前景广泛。

纺织行业PHA可以用于纺织品和纤维制品的生产,具有很好的生物降解性和抗菌性能。

纺织行业对环境友好材料的需求不断增加,推动了PHA在纺织行业的发展。

市场驱动因素环保意识提高随着人们对环境问题的关注度提高,对环保产品的需求也随之增长。

PHA作为可生物降解材料,满足了消费者对环保产品的要求,推动了PHA市场的发展。

政府政策支持许多国家和地区都制定了相关政策以促进生物可降解塑料的使用。

政府的支持和激励措施为PHA市场创造了良好的环境。

技术创新驱动PHA产品的研发和技术创新为市场的发展提供了重要动力。

随着技术的进步,PHA的生产成本降低,产品性能得到提升,这进一步推动了市场的增长。

市场挑战高成本目前,PHA产品的生产成本相对较高,使其在市场上的竞争力受到一定限制。

降低PHA的生产成本是市场发展的关键挑战之一。

生物降解材料在资源循环中的应用前景

生物降解材料在资源循环中的应用前景

生物降解材料在资源循环中的应用前景在当今社会,随着环境保护意识的不断提高和资源短缺问题的日益严峻,生物降解材料作为一种创新的解决方案,正逐渐受到广泛关注。

这些材料具有在特定条件下能够自然分解为无害物质的特性,为实现资源的可持续循环利用带来了新的希望。

生物降解材料的种类繁多,包括聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、淀粉基塑料等。

它们的来源广泛,有的来自于可再生的植物资源,有的通过微生物发酵合成。

与传统的不可降解塑料相比,生物降解材料在其生命周期结束后,不会在环境中长时间残留,从而减少了对土壤、水源和生态系统的污染。

在农业领域,生物降解材料有着广阔的应用前景。

例如,生物降解农膜的出现为解决传统农膜带来的“白色污染”问题提供了可能。

传统农膜在使用后难以回收和处理,大量残留在土壤中,影响土壤的透气性和肥力。

而生物降解农膜在完成其保护农作物的使命后,能够在自然环境中迅速分解,不会对土壤造成长期危害。

此外,生物降解材料还可以用于制作生物降解的育苗钵、花盆等,这些产品在使用后可以直接埋入土壤中,随着时间的推移自然分解,为植物提供养分。

在包装领域,生物降解材料的应用也越来越广泛。

食品包装是其中一个重要的应用方向。

以往使用的塑料包装材料,在丢弃后往往难以降解,对环境造成了巨大压力。

而生物降解材料制成的食品包装,如一次性餐盒、食品包装袋等,在使用后能够在较短的时间内分解,降低了垃圾处理的难度和成本。

同时,随着消费者对环保产品的需求不断增加,采用生物降解包装材料也有助于提升企业的形象,满足市场的绿色消费需求。

在医疗领域,生物降解材料同样发挥着重要作用。

例如,可降解的手术缝合线,在伤口愈合后无需拆除,能够自行在体内分解吸收,减少了患者的痛苦和二次创伤。

此外,生物降解材料还可以用于制造药物缓释载体、组织工程支架等,为医疗技术的发展提供了新的选择。

然而,尽管生物降解材料具有诸多优势,但其在资源循环中的广泛应用仍面临一些挑战。

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

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。

生物降解材料的市场前景

生物降解材料的市场前景

生物降解材料的市场前景随着环保意识的不断提高,生物降解材料作为一种环保替代品,正受到越来越多的关注和应用。

本文将探讨生物降解材料的市场前景,分析其发展趋势以及可能面临的挑战。

一、生物降解材料的定义和特点生物降解材料是指在自然环境中经微生物分解,最终变成无毒、无害的物质,不会对环境造成污染的材料。

相比传统的塑料材料,生物降解材料具有以下几个显著特点:1. 环保可持续:生物降解材料能够在自然环境中迅速降解,减少对环境的负面影响,有利于生态保护和可持续发展。

2. 节约资源:生物降解材料多采用可再生、可生物降解的原料制造,减少对传统石油资源的依赖,符合低碳经济的发展方向。

3. 减少垃圾处理问题:生物降解材料在使用寿命结束后能够迅速降解,减少了对垃圾处理和填埋的需求,有助于改善城市环境质量。

二、生物降解材料市场的发展趋势1. 法律法规的推动:随着环境保护政策日益完善,生态文明建设成为国家发展的重要目标,政府将加大对生物降解材料的立法支持和推广力度,进一步推动市场发展。

2. 消费者环保意识的提高:越来越多的消费者开始关注环保问题,对塑料污染等环境问题有着较高的认知。

生物降解材料的出现满足了消费者对绿色产品的需求,市场需求潜力巨大。

3. 技术创新的推动:科技的进步不断促进生物降解材料的研发和改良,使其具备更好的性能和稳定性,例如提高耐热性、耐水性等,进一步拓宽了生物降解材料的应用领域。

4. 产业链的完善:生物降解材料的市场发展离不开完善的产业链,包括原料供应、生产加工、销售和回收利用等环节。

随着产业链的逐渐形成和完善,生物降解材料市场将得到更好的发展。

三、生物降解材料市场可能面临的挑战1. 成本问题:生物降解材料的生产成本相对较高,主要由原材料成本和生产工艺所决定。

与传统塑料相比,生物降解材料的价格较高,限制了其在市场上的广泛应用。

2. 技术难题:生物降解材料的研发和改良需要较高的技术水平和投入,目前仍存在一些技术难题,例如产品稳定性、降解速度等,需要进一步解决。

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

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。

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可生物降解材料的研究现状和发展前景摘要:本文阐述了可生物降解材料的定义、种类及降解机理,综述了可生物降解材料在国内外各个领域的研究现状和最新应用进展,并对其发展前景进行了展望。

关键字:生物降解材料、降解机理、应用进展Abstract : The definition, variety and the degradation mechanism of biodegradable materials were elaborated. The research situation and their recent progress in applications were reviewed at home and abroad, and then the development prospect was looked forward.Key words :Biodegradable materials; Degradation mechanism; Application progress1前言近年来,随着经济的飞速发展,人们对物质和精神的追求越来越高,对产品的包装也相应的有了更高要求,人们在购买产品时,不仅看外包装的美观程度,还考虑其他各种各样的功能。

正是由于人们对产品包装的追求不断提升,很多新型包装材料不断被应用到产品包装中。

合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点,与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱[1],被广泛应用到产品的包装中。

然而,在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时,其使用后的大量废弃物也与日俱增,成为白色污染源,严重危害环境,造成地下水及土壤污染,危害人类生存与健康,给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响[2]。

另外,生产合成高分子材料的原料——石油也总有用尽的一天,因而,寻找新的环境友好型材料,发展非石油基聚合物迫在眉睫,而可生物降解材料正是解决这方面问题的有效途径。

2可生物降解材料定义及降解机理生物降解材料,亦称为“绿色生态材料”,指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。

具体地讲,就是指在一定条件下,能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下,导致生物降解的高分子材料[3]。

理想的可生物降解材料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终转化成CO2 和H2O而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。

生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用,因而,生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。

首先,微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合,通过水解切断表面的高分子链,生成小分子量的化合物,然后降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种代谢路线,合成微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终转化成CO2 和H2O[4]。

按其降解的化学本质则分为水解和酶解两种。

2.1水解机理材料的降解实质上是其内部的高分子链段在特定条件下断裂成低分子量的寡聚物,并最终分解为单体的过程。

材料的“溶蚀”则是指由于分子链发生断裂,形成的水溶性小分子物质离开聚合物材料,导致材料的力学性能降低,材料最终完全消失的过程,溶蚀又可表面溶蚀和整体溶蚀。

如果分子链段的降解速度比水分子在材料中的扩散速度快,链段的水解限制在材料表面,而很难进入到材料的内部,这种方式属于表面溶蚀或异相溶蚀,如果水分子在材料的扩散速度比高分子链段的水解速度快,那么材料表面和内部的降解同时进行,因此属于整体溶蚀。

2.2酶解机理2.2.1酶促水解机理对于易水解的聚合物,在体内可能同时存在单纯的水解和酶催化水解两种作用。

脂肪酶能促进聚酯分解,而水解酶可促进易水解聚合物的降解。

脂肪酶R.delemer lipase、Rhizopus arrhizus lipase、Pseudomnas lipase为PCL的特异性降解酶,在这些酶存在下,PCL降解速度加快,在通常情况下完全降解需要2-3年,而在酶的存在下完全降解时间缩短为几天。

2.2.2酶促氧化机理对一些非水解性聚合物,其可能的降解机理是酶促氧化机理。

免疫组织学研究证实,材料在体内最后通过吞噬细胞内吞作用而被吸收代谢的。

高分子生物材料植入体内后,在局部会引起不同程度的急性炎症反应,当组织受到损伤后,周围血管的通透性发生变化,多喝白细胞迅速向炎症部位移动,被激活的中性粒细胞能使单核细胞分化为巨噬细胞。

多形核白细胞和巨噬细胞的代谢产生出大量的过氧阴离子(O2),这种不稳定的中间体进而转换为更强的氧化剂(H2O2)。

体内的还原型辅酶2(NADPH)氧化酶都参与了这个转化反应,而过氧化歧化酶(SOD)则起到加速转化的作用。

H2O2有可能在植入部位引发聚合物自身分解反应;同时H2O2在肌过氧化酶(MPO)的作用下可进一步转化为次氯酸。

次氯酸也是一种生物材料的强氧化剂,可氧化聚酰胺、聚脲、聚氨酯中的氨基,使高分子链断开,从而达到降解的作用。

在生物可降解材料中,对降解起主要作用的是细菌、霉菌、真菌和放线菌等微生物,按其降解作用的形式又可分为3种[5]:(1)生物的物理作用,由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏;(2)生物的生化作用,微生物对材料作用而产生新的物质;(3)酶的直接作用,微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解或氧化崩溃。

3可生物降解材料的特点生物降解材料具有以下特点:(1)可与垃圾一起处理,也可制成堆肥回归大自然;(2)因降解而使其体积减小,延长填埋场使用寿命;(3)不存在普通塑料需要焚烧的问题,可抑制二嗯英等有害气体的排放;(4)可减少随意丢弃对野生动植物的危害;(5)储存运输方便,只要保持干燥,不需避光;(6)应用范围广,不但可以应用于农业和包装行业,还可以广泛应用于医疗行业。

4可生物降解材料的分类生物可降解材料按降解机理和破坏方式可分为[6]完全生物降解型和生物破坏性材料两种。

4.1 完全生物降解材料完全生物降解材料是指本身可以被细菌、真菌、放线菌等微生物全部分解的生物降解材料。

它能在细菌或其水解酶作用下,最终分解成CO2 和水等物质回归自然,所以被称为“绿色材料”。

从制备方法上可分为3 种:微生物发酵法、化学合成和天然高分子共混。

4.1.1 微生物发酵法微生物发酵法是指以有机物为碳源,通过微生物的发酵而得到的生物降解材料。

主要以聚羟基脂肪酸酯类较多[7],聚烃基脂肪酸脂(PHA) 是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯,具有生物可降解性、生物相容性等许多优良性能,在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面将发挥其重要的作用。

美国宝洁公司已经开发成功了作为缝合线、无纺布和各种包装用材料的PHA系列产品及其多种应用。

目前,PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征,开发在医疗、制药、电子等高附加值领域的用途。

PHB是一种硬而脆的热塑性聚合物,其常温下的力学性能与PP相当,导致PHB这种力学性能的主要原因应为结晶度和结晶形态[8]。

4.1.2 化学合成法化学合成高分子型降解材料是指利用化学方法合成制造的生物降解材料,大多是在分子结构中引入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯,目前具有代表性的工业化产品有聚己内酯(PCL) 、聚琥珀酸丁二脂(PBS) 、聚乳酸(PLA) 、脂肪族聚酯/ 芳香族聚酯共聚物(CPE) 等。

聚乳酸具有优良的生物相容性和可吸收性,无毒、无刺激性,它在自然界中能完全分解为CO2和H2O,对环境无污染,是目前最有前途的可生物降解的聚合物之一。

聚乳酸用途广泛,目前已被应用于生物医用高分子、纺织和包装等行业。

聚己内酯(PCL)具有优良的生物相容性、记忆性以及生物可降解性等,其产品多集中在医疗和日用方面,如矫正器、缝合线、绷带、降解塑料等。

4.1.3 天然高分子共混天然高分子生物降解材料是利用生物可降解的天然高分子如植物来源的生物物质和动物来源的甲壳质等为基材制造的材料,以使产品具有降解性。

植物来源包括细胞壁组成的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物,动物来源主要是虾、螃蟹等甲壳动物[9]。

主要品种有PHB / PCL、糊化淀粉/ PCL、糊化淀粉/ PHBV 等。

此类降解材料原料来源丰富,可完全生物降解,而且产物安全无毒性,日益受到重视。

然而,天然高分子材料虽具有完全生物降解性,但是它的热学、力学性能差,不能满足工程材料的性能要求,因此目前的研究方向是通过天然高分子改性,得到有使用价值的天然高分子降解材料。

4.2 生物破坏性材料生物破坏性材料是对材料水平而言的,主要是天然高分子与通用型合成高分子通过共混或共聚而制成的降解材料。

其组合方式有以下几种:(1) 用熔融和溶液共混的方法;(2) 将一种高分子材料分散于另一种高分子的水溶液中,形成悬浮体系,最后制成各种复合物;(3) 将天然高分子材料分散或溶解在可进行聚合反应的体系中,进行均聚和共聚合反应,使体系中的单体聚合,得到含天然高分子的复合材料;(4) 将天然高分子在适当的条件(如酸性或碱性等)下进行适当的降解,并使降解后的分子链段与其它单体聚合反应,从而制备具有生物降解性能的新型共聚物。

下面将分述淀粉、纤维素、蛋白质以及合成高分子通过共混或共聚而制成的降解材料作一个介绍。

4.2.1 淀粉基材料淀粉作为一种天然高分子化合物,其来源广泛,品种繁多,成本低廉,且能在各种自然环境下完全降解,最终分解为CO2 和H2O,不会对环境造成任何污染,因而淀粉基降解材料成为国内外研究开发最多的一类生物降解材料。

它可以通过与其它高分子共混或者与单体共聚的方式得到淀粉基降解材料。

1973年,Griffin首次获得淀粉表面改性填充材料的专利。

到80年代,一些国家以Griffin 的专利为背景,开发出淀粉填充型生物降解材料。

填充型淀粉材料又称生物破坏性材料,其制造工艺是在通用材料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂,然后加工成型,淀粉含量不超过30%。

填充型淀粉材料技术成熟,生产工艺简单,且对现有加工设备稍加改进即可生产, 因此目前国内可降解淀粉材料产品大多为此类型。

加拿大St. Lawrence淀粉公司研究生产了一种改性淀粉Ecostar母粒,可与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氨酯共混制成生物降解材料。

美国农业部开发的淀粉基材料是将含水40% - 60%的胶化淀粉加到EAA (乙烯丙烯酸) 中,混合而制成农用地膜。

美国Purde大学开发淀粉接枝聚苯乙烯采用阳离子聚合反应,分子量和物性均能有效控制,其中含淀粉20% - 30%的淀粉接枝聚合物具有通常聚苯乙烯类似的性质,可以用做瓶子、薄膜等。

我国太原工业大学刘书福等研究了马铃薯淀粉与聚氯乙烯的接枝共聚,江西科学院应用化学研究所用淀粉与苯乙烯接枝共聚制成淀粉基材料,吉林大学化学系和华东理工大学对改性淀粉降解膜进行了探索。

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