生物降解性聚酯.pptx

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1、背景生物降解聚酯的分类生物降解性聚酯的特性与应用结语第1页/共41页背景 合成高分子已经渗透到国民经济和人们日常生活的各个领域中，给人们带来便利。但同时，也给环境造成了巨大的污染。进入21世纪以来,人类生产活动的可持续性和减少二氧化碳气体的排放倍受关注,研究环境保护、节约资源和能源、资源再生化的力度加大。第2页/共41页第3页/共41页第4页/共41页回收降解?回收 与 降解第5页/共41页 回收再生技术是解决塑料污染的有效措施，而对于占塑料制品总量10的大量的难以回收或不可回收的塑料废弃物，使用生物可降解塑料则更为有利。回收和降解第6页/共41页 生物降解聚合物在自然环境中由微生物进行分解、

2、再回归到自然。其中,生物降解聚酯的开发和应用进展最快。目前代表性的产品有:由微生物产生的聚羟基丁酸酯及其共聚物;化学合成的聚乳酸、丁二醇酯共聚物、聚己内酯等脂肪族聚酯。它们已在许多领域开发应用,前景广阔。第7页/共41页第8页/共41页发展历史70年代末：微生物合成聚酯 聚羟基脂肪酸酯（PHB） 英国ICI公司；美国Monsanto公司 80年代：化学合成聚酯（开环聚合） 聚乳酸（PLA）美国Cargill公司 聚己内酯（PCL）美国U.C.C.公司90年代：化学合成聚酯（缩合聚合） 脂肪族二元醇酸聚酯（PBS） 日本昭和高分子公司; 美国Eastman公司等第9页/共41页生物可降解聚酯的分

3、类 用微生物制造的高分子 植物和动物制造的高分子 化学合成的高分子聚酯、纤维素、聚氨基酸纤维素、淀粉、甲壳质、胶原聚乳酸、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯第10页/共41页聚羟基烷酸酯PHA 聚羟基脂肪酸酯是近20多年来迅速发展起来的天然生物高分子材料，它是一种很多种微生物合成的细胞内聚酯。PHA兼具有良好的生物相容性能，生物可降解性和塑料的热加工性能，因此同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，已经成为生物材料领域最为活跃的研究热点第11页/共41页 二十世纪七十年代英国ICI公司开发成功生物法PHA，并形成年产量在1000吨的生产规模 美国Monsanto公司旗下的metaboIix公司开发

4、了以水解糖为原料制备的PHA“BioPoI”的新技术； 我国在八十年代末九十年代初在国家也大力支持了清华大学和中国科学院微生物研究所进行PHA发酵法生产的技术开发； 目前宁波天安公司形成了1000吨/年的生产能力。 第12页/共41页PHA的发酵工艺流程第13页/共41页PHA典型性能 性 质数值熔融温度 l60l60一172172相对密度1.231.23一1.251.25分子量Mn kgMn kgmolmol2222 400 400重均分子量kgkgmolmol360360玻璃化温度1515结晶度约8080拉伸模量，GPaGPa3.53.5弯曲模量，GPaGPa4.04.0拉伸强度MPaMP

5、a4040断裂伸长率，6 6第14页/共41页第15页/共41页聚己内酯PCL 聚己内酯Polycaprolactone(简称PCL)，是由-己内酯在金属有机化合物（如四苯基锡）做催化剂，二羟基或三羟基做引发剂条件下开环聚合而成，属于聚合型聚酯，其分子量与歧化度随起始物料的种类和用量不同而异。 第16页/共41页聚己内酯典型性能 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。

6、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。 高结晶性和低熔点性 Tg为-60C，非常柔软，具有极大的伸展性；其熔点为60-63C，可在低温成型。第17页/共41页PCL的主要用途用途 低熔点 医用造型材料，工业、美术用造型材料、 玩具，有机着色剂，热复写墨水附着剂、 热熔胶合剂韧性 Tg=60 塑料低温冲击性能改性剂高结晶性 有强度的薄膜、丝状成型物 生物降解性 生物降解性塑料 手术缝合线第18页/共41页第19页/共41页 在生物降解聚合物中最被看好的是聚酯,其中聚乳酸( PLA)是主要的。据2006年第9届世界生物聚合物会议信息,目前世界PLA的市场需求量每年不低于4万t,

7、并预测今后将以20%的速度增长。PLA具有优异的生物相容性和降解性,其环境友好型特征不仅使它成功地作为生物降解塑料使用,而且引起纤维生产厂家的广泛兴趣。第20页/共41页乳酸发酵 发酵法生产乳酸则起源于1841年Boutron和Fremy的自然发酵生产乳酸；纯种发酵工业生产乳酸则是1881年由Charles EAvery公司开始，世界2002年发酵生产乳酸估计超过20万吨。 我国的乳酸发酵工业开始于抗战时期的大西南，50年代江苏无锡制药二厂以大米原料发酵法生产乳酸，目前已形成约年产4万吨的生产能力，但年产量不足2万吨，工艺上多数采用德氏乳杆菌和植物乳杆菌发酵大米糖化醪液进行生产。 第21页/共

8、41页聚乳酸 单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，多个乳酸分子在一起，-OH与别的分子的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分子的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手形成了聚合物，叫做聚乳酸。 聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。第22页/共41页聚乳酸典型性能 具有良好的生物相容性。 机械性能及物理性能良好。 相容性与可降解性良好。 具有最良好的抗拉强度及延展度。第23页/共41页聚乳酸的应用 汽车领域车用脚垫车座第24页/共41

9、页 一次性用品领域第25页/共41页 电子领域通过使用生物降解树脂能够解决现有CD盘片废弃时对环境造成的污染。PLA在燃烧时所消耗的能量比PC燃烧时所消耗的能量要少，从而减少二氧化碳的排量。若采用填埋方式，PLA在2-5年就能快速地生物降解，而PC则半永久地残留在土壤中。第26页/共41页 手机部件及机壳材料第27页/共41页生产聚乳酸的工艺 玉米淀粉经水解制成葡萄糖，再用乳酸杆菌厌氧发酵，发酵过程使用液体碱中和生成的乳酸，发酵液经过净化后，使用电渗析工艺制成纯度达到995L乳酸，然后在真空条件下3个乳酸分子自行聚合生成丙交酯，再开环缩聚成PLA。但在此过程中，必须选择专门的催化剂和引发剂；同

10、时，丙交酯必须经过提纯，否则难以获得分子量较高的聚合物；此外为了防止副反应，还要采用惰性气体。目前PLA的最大的产业化规模已经达到14万吨/年，吨生产成本约为2500美元。第28页/共41页国外聚乳酸生产 2002年美国Cargill和Dow化学在明尼苏达州合建了世界上年产14万吨的聚乳酸的生产厂NATUREWORKS公司，从而开创了用农产品生产塑料的产业化新时代； 日本岛津、三井、油墨公司、代塞尔化学公司，分别均有5001000ta装置，并均计划扩建； 德国EmsInventaFischer公司，在德东部建年产3000吨PLA示范工厂。第29页/共41页我国PLA研究进展 我国20世纪90年

11、代研发成功L乳酸，PLA列入国家攻关计划。中国食品发酵工业研究院承担了国家“十五”重点科技攻关项目“L乳酸发酵新工艺和聚合新技术的研究”，通过刻苦攻关，产品纯度各项指标均达到规定要求，在聚乳酸的一步法合成工艺的研究在国内居领先水平。许多科教单位投入力量建有多套实验装置，如中科院长春应化所、天津南开大学、东华大学、华南理工大学、华东理工大学、浙江大学、武汉大学等。第30页/共41页聚酯聚丁二酸丁二醇酯( PBS) 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的降解研究 摘要 PBS（聚丁二酸丁二醇酯）由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终

12、分解为二氧化碳和水，是典型的可完全降解的生物降解性的聚酯塑料。第31页/共41页PBS典型性能 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间，可直接做为塑料加工使用。第32页/共41页PBS的降解机理第33页/共41页PBS的应用 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）可以用做垃圾袋、包装袋、化妆品瓶、各种塑料卡片、婴儿尿布、农用材料及药物缓释载体基质等第34页/共41页共聚聚酯PHVB PHBV即新型生物高分子3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物。 它是一种用淀粉为原料,运用发酵工程技术生产出的生物材料。是一种生物聚酯，它由细菌生产，能被细菌消化，在土壤或堆肥化条件下完全分解为二氧化碳、水和

13、生物质。第35页/共41页 美国帝国化学工业公司利用细菌把糖和有机酸制造成可生物降解的塑料。其方法与生产出乙醇的发酵工艺相似，所不同的只是，用的细菌是产碱杆菌属，能把喂食的物质转变成一种塑料称为PHBV。PHBV具有与聚丙烯相似的性质，这种材料在废弃后，即使在潮湿的环境下也是稳定的，但在有微生物的情况下，它将降解为二氧化碳和水。因此，这种塑料将不会给地球带来污染。第36页/共41页PHVB应用 在骨折手术中，它可以充当骨骼间的承托物。随着骨骼的愈合，它也会逐渐自行分解。第37页/共41页 用生物自毁塑料制成的药用胶囊，在体内会慢慢溶解，并且可控制药物进入血管的速度。第38页/共41页结语 为了实现人类社会可持续发展和给后代留下一个美好的地球环境,考虑化石资源的节约和有效利用及地球环境的保护,开发以生物降解聚合物为原料的生物降解材料越来越重要。第39页/共41页谢谢！第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页