生物可降解材料
生物可降解材料
生物可降解材料生物可降解材料是指由生物体或其代谢产物制成的材料，在自然环境中可以被微生物分解，最终转化为无害的物质。
这些材料具有许多优点，例如减少对环境的污染、可回收利用和降低对化石燃料的依赖等。
下面将介绍一些常见的生物可降解材料及其应用。
一种常见的生物可降解材料是生物塑料，它是利用植物淀粉、纤维素、聚乳酸等材料制成的塑料。
生物塑料可以替代传统塑料，降低对石化资源的依赖。
它在家居用品、包装材料、农业膜等方面有广泛应用。
另一种生物可降解材料是生物纤维材料，它是利用天然纤维或生物制造的纤维材料。
这些纤维材料具有良好的机械性能和可降解性能，可以应用于纺织品、绳索、过滤材料等领域。
例如，生物可降解纤维的制造可以提高纺织品的可回收性和可降解性。
另外，生物可降解的生物陶瓷材料也受到了越来越多的关注。
这些材料主要由天然生物制造，在医疗领域具有广泛应用。
生物陶瓷材料可以用于骨植入物、人造器官以及骨修复等方面，其主要优势是能够与人体组织更好地适应，减少人体的排斥反应。
此外，生物可降解材料还可应用于环境保护领域。
例如，生物可降解的吸油材料可以用于处理油污染，将油污从水体中吸附并分解为无害物质。
这些材料对环境具有较低的影响，能够有效地减少油污染对海洋、江河湖泊等水资源的破坏。
虽然生物可降解材料在许多领域有广泛应用，但也存在一些挑战。
首先，生物可降解材料的成本较高，限制了其在大规模生产中的应用。
其次，在一些特殊应用中，生物可降解材料的性能与传统材料仍有一定差距。
因此，需要进一步加大研发力度，改进生物可降解材料的制备方法和性能，以促进其更广泛的应用。
总之，生物可降解材料是一种对环境友好，可替代传统材料的绿色材料。
其在塑料、纺织、医疗等领域的应用潜力巨大。
随着对环境保护意识的提高和技术的进步，相信生物可降解材料会在未来发展中起到更重要的作用。
生物可降解材料的研发与应用
生物可降解材料的研发与应用随着人们对环境保护意识的增强，生物可降解材料的研发与应用正在逐渐得到关注和重视。
这种新型材料不仅具有良好的环保性能，而且可以有效替代传统塑料和化学合成材料，在未来的应用中具有广阔的发展前景。
1. 什么是生物可降解材料？生物可降解材料是一种可以被微生物代谢并在自然界中被分解的材料。
它们由天然的有机高分子构成，可以通过生物降解过程，与自然界中的生物体循环，不会对环境造成污染，也不会产生有害的副产品。
生物可降解材料的主要原材料包括淀粉、纤维素、聚乳酸、聚羟基烷酯等天然有机高分子物质。
这些物质都是天然来源，不仅容易获取，而且不会对环境造成污染和破坏。
2. 生物可降解材料的优点相对于传统的塑料和化学合成材料，生物可降解材料具备以下优点：（1）环保性能好。
生物可降解材料不会对环境造成污染，不会对自然界产生有害的影响，符合人们追求环保和可持续发展的理念。
（2）使用安全。
生物可降解材料不含有有害物质，使用过程中不会产生有害气体和副产品，对人体健康不会造成危害。
（3）可降解性好。
生物可降解材料可以在自然界中被微生物代谢分解，不会产生不可降解的垃圾，也不会造成土地资源的浪费。
3. 生物可降解材料的研发近年来，国内外许多研究机构和企业都在生物可降解材料领域进行了广泛的研究与开发。
许多新型的生物可降解材料已经成功开发出来，拥有广泛的应用前景。
（1）聚乳酸。
聚乳酸是一种由乳酸单体聚合而成的高分子材料。
它具有良好的可降解性、生物相容性和物理机械性能，适合于制备医用、包装和农业用途的产品。
（2）淀粉基材料。
淀粉是一种天然的有机物质，可以与其他聚合物共混形成生物可降解的淀粉基材料。
这种材料具有良好的可降解性和可塑性，在包装、土壤改良和草坪整形等领域具有广泛的应用。
（3）PHA类材料。
PHA类材料是由微生物通过生物合成过程产生的一种天然高分子材料。
它比聚乳酸更生物可降解，可以在自然界中循环利用。
这种材料适用于制备塑料袋、一次性餐具和家具等产品。
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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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
生物可降解材料
生物可降解材料是一种能够在自然条件下被微生物降解而不会对环境造成污染
的材料。
它们通常由天然聚合物或合成聚合物与天然物质混合而成，具有良好的可降解性和环境友好性。
生物可降解材料在替代传统塑料、纸张和包装材料中具有巨大的潜力，对于减少塑料污染和环境保护具有重要意义。
首先，生物可降解材料可以有效减少塑料污染。
传统塑料制品在大自然中分解
需要数百年甚至上千年的时间，严重污染土壤和水源。
而生物可降解材料可以在短时间内被微生物降解，减少了对环境的污染。
例如，生物可降解塑料袋可以在几个月内分解，大大减少了对海洋生物的威胁。
其次，生物可降解材料可以降低对化石能源的依赖。
传统塑料的生产需要大量
的石油和天然气等化石能源，而生物可降解材料通常以植物淀粉、纤维素等为原料，减少了对化石能源的需求，有利于资源的可持续利用。
另外，生物可降解材料还可以促进循环经济的发展。
生物可降解材料可以通过
生产、使用、回收再利用的方式，实现资源的循环利用，减少了对自然资源的消耗，有利于建设资源节约型和环境友好型社会。
总的来说，生物可降解材料具有重要的环境保护和资源节约意义。
在未来，随
着生物可降解材料技术的不断进步和应用的推广，相信它们将会在塑料替代、环境保护和可持续发展等方面发挥越来越重要的作用。
希望各界能够共同努力，推动生物可降解材料的研发和应用，为建设美丽的地球作出积极贡献。
生物可降解材料的新进展
生物可降解材料的新进展随着全球环境问题的不断加剧，尤其是塑料污染的日益严重，各国科研机构和企业都在积极寻找解决方案。
生物可降解材料因其能在自然环境中被微生物分解而受到广泛关注。
这种材料不仅能够有效减少废弃物对环境的影响，还能在一定程度上缓解资源枯竭的问题。
因此，生物可降解材料的研究与发展成为了当今材料科学领域的重要课题。
生物可降解材料的定义与分类生物可降解材料是指那些能够在自然环境中，经过微生物作用，被分解成水、二氧化碳和生物质的材料。
根据其来源和性质，这些材料可以分为以下几类：天然生物可降解材料：包括纤维素、淀粉、蛋白质等天然高分子材料。
这类材料取材自自然界， biodegradation 过程相对简单，且具有良好的生态兼容性。
合成生物可降解材料：通常是通过合成或改性天然聚合物，或者完全合成的新型聚合物，如聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。
这些材料往往具有更优越的机械性能和加工性能。
复合生物可降解材料：通过将不同的生物基材料进行复合，以改善其力学性能、热稳定性等。
这类材料可以结合多种优点，满足不同领域的需求。
生物可降解材料的应用领域包装行业包装行业是生物可降解材料应用最广泛的领域之一。
由于传统塑料包装在自然界中难以降解，其对环境造成的压力日益增加，因此采用生物可降解的包装材料成为可行之策。
这些包装材料不仅能满足产品保护的需求，还能在使用后周期内分解，降低环境负担。
例如，PLA薄膜被广泛应用于食品包装，它在保障食品安全和新鲜度的同时，也能减少塑料废弃物。
医疗行业医疗领域对生物可降解材料的需求也日益增长。
用于制造医疗器械、药品递送系统及组织工程支架等方面，生物可降解材料以其良好的生物相容性和优越的机械强度，成为研究热点。
一些新型 PHA 材料已经被用于制备缝合线和药物输送载体，有助于提高医疗效果并减少术后感染风险。
纺织行业纺织品是另一个潜在机会领域。
采用天然或合成生物可降解纤维，不仅可以生产出更加环保的服装，还能实现衣服穿用后的无害分解。
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。
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聚乳酸应用
聚乳酸人造皮肤 聚乳酸导管支架
聚乳酸应用
组织工程耳朵 组织工程支架示意图
生物降解材料存在的主要问题
价格昂贵，不易推广应用
加工困难，尚未完全达到实用阶段
主要问题
降解可控、回收利用等技术不足 尚无统一评价方法和标准 人工合成，工艺复杂、性能不稳定
解决办法
1
对生物降解塑料产 品的应用和发展采 取补贴政策，包括 中央政府补贴和地 方政府补贴。中央 财政可采用科技攻 关资金、贴息等补 贴方式
生物降解材料发展趋势
由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料， 它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而 得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性 • 减少给药次数 和给药量 和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性， 同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和 加工性。
聚乳酸
聚乳酸应用
聚乳酸包装袋
淀粉应用
淀粉的用途十分广泛, 可制作粘胶,塑料,食品等 多种产品。如名菜猪肉炖 粉条是用红薯淀粉做的， 龙口粉丝是用绿豆淀粉做 的。淀粉牙签一般是用玉 米和绿豆的淀粉制成。 淀粉牙签经济环保， 能避免大量森林资源被砍 伐，它是国际绿色工业浪 潮的必然产物，具有很强 的市场潜力和竞争力。 环保玉米淀粉牙签
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生物可降解材料
主讲人：王莉
Contents
1 2 3 4 生物降解材料概况 生物降解材料的种类与性能
生物降解材料的降解机理
生物降解材料的应用范围 生Байду номын сангаас降解材料发展趋势 面临的问题和解决办法
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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。 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。
降解性，但机 械性能较差。
年来开发研究最活跃 的降解材料之一。
聚合。
生物降解材料的可降解机理
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。发 挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉 生物物 菌或藻类，降解机理主要可分为 生物化3类： 理作用 学作用 酶直接作 用
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 微生物对聚合 物作用而产生 新物质(CH4 ，CO2和 H2O)
生物降解材料的种类与性能
合成高分子材料比天然高分子 天然高分 微生物合 人工合成 材料具有更多的优点，它可以 子可降解 成的可降 可降解材 天然高分子物质分为天 从分子化学的角度来设计分子 材料 解材料 料 主链的结构，从而控制高分子 然蛋白质、多糖及其衍生物， 材料的物理性能，而且可以充 还包括一些生物合成聚酯。 分利用来自自然界中提取或合 例如淀粉、纤维素、半纤维 由生物通过各种碳源 由生物体内提 大多是在分子 成的各种小分子单体。不过如 素、木质素、果胶、甲壳素、 发酵得到的一类高分 取或自然环境 结构中引入酯 子材料，主要包括微 何精确地通过设计分子结构控 蛋白质等，它们来源丰富、 中直接得到的 基的脂肪族聚 生物聚酯、聚乳酸及 制其性能方面还有待进一步的 价格低廉，特别是天然产量 一类大分子， 微生物多糖，具有良 酯，其制备方 研究。 居首位的纤维素和甲壳素， 具有良好的生 好的降解性和热塑性 法主要包括缩 10 物相容性和可 年生物合成量超过 10 吨 。其中，聚乳酸是近 合聚合和开环
2
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
3
为促进行业发展应 制定关税优惠税率。 为鼓励和扶持一些 企业的发展，可以 按照新的企业所得 税条例规定减免优 惠政策
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聚丁二 酸丁二 醇酯
生物降解材料发展趋势
淀粉基生物降解塑料可分为填充型淀粉基塑料和完全 生物降解淀粉塑料。填充型淀粉基塑料〔w(淀粉 )=7%～30%〕,即属于生物破坏性塑料,它只有淀粉降 解,其中的PE、PVC 等很少降解,一直残留于土壤中, 日积月累仍然会对环境造成污染,此类产品已属于淘汰 型。真正有发展前途的是全淀粉塑料〔w(淀粉)≥90 %〕 ,其中添加的少量增塑剂也是可以生物降解的。这类塑 料在使用后能完全生物降解,最后生成二氧化碳和水, 不污染环境,是近年来国内外淀粉降解塑料研究的主要 方向。
微生物侵蚀导 致材料分裂 或氧化崩裂
生物降解材料的应用范围
生物降解材料 的应用范围
环保领域
水资源环境领域 食品容器和包装 行业 农林业方面
医学领域
外科手术缝合线 药物缓释剂 骨固定材料 人造皮肤
生物降解材料发展趋势
近年来比较活跃
淀粉
聚乳酸
最理想的生物可降解材料是利用可再生 五大热门可降 资源，即利用生物合成的方法得到的生 聚羟基脂 解材料 物材料。这种生物材料可以被生物所重 肪酸酯 新利用，能够降解，产物最好是二氧化 碳和水，从而使这种材料的生产和使用 聚己 纳入自然界的循环。 内酯