生物可降解材料

生物可降解材料主讲人：王莉Contents生物降解材料概况1生物降解材料的种类与性能2生物降解材料的降解机理3生物降解材料的应用范围4面临的问题和解决办法6生物降解材料发展趋势5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。生物降解材料的种类与性能由生物通过各种碳源发酵得到的一类高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，具有良好的降解性和热塑性。其中，聚乳酸是近年来开发研究最活跃的降解材料之一。大多是在分子结构中引入酯基的脂肪族聚酯，其制备方法主要包括缩合聚合和开环聚合。由生物体内提取或自然环境中直接得到的一类大分子，具有良好的生物相容性和可降解性，但机械性能较差。天然高分子可降解材料微生物合成的可降解材料人工合成可降解材料天然高分子物质分为天然蛋白质、多糖及其衍生物，还包括一些生物合成聚酯。例如淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、甲壳素、蛋白质等，它们来源丰富、价格低廉，特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素，年生物合成量超过1010吨合成高分子材料比天然高分子材料具有更多的优点，它可以从分子化学的角度来设计分子主链的结构，从而控制高分子材料的物理性能，而且可以充分利用来自自然界中提取或合成的各种小分子单体。不过如何精确地通过设计分子结构控制其性能方面还有待进一步的研究。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，分裂成低聚物碎片生物物理作用微生物侵蚀导致材料分裂或氧化崩裂酶直接作用微生物对聚合物作用而产生新物质(CH4，CO2和H2O)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。发挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类，降解机理主要可分为3类：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聚羟基脂肪酸酯淀粉聚乳酸聚己内酯聚丁二酸丁二醇酯五大热门可降解材料近年来比较活跃最理想的生物可降解材料是利用可再生资源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。这种生物材料可以被生物所重新利用，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纳入自然界的循环。

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。

淀粉应用环保玉米淀粉牙签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。

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。

减少给药次数和给药量聚乳酸聚乳酸应用聚乳酸包装袋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、性能不稳定主要问题解决办法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2对利用生物质原料生产生物降解塑