生物降解材料PBS材料.ppt

生物降解材料PBS 生物降解材料簡(jiǎn)介 生物降解材料提出背景 資源短缺 能源過(guò)度消耗 生態(tài)環(huán)境惡化 生物降解材料簡(jiǎn)介 什么是生物降解材料 定義 目前為止 國(guó)際上對(duì)生物降解高分子材料的定義仍未達(dá)成統(tǒng)一 美國(guó)測(cè)試與材料協(xié)會(huì) ASTM 通過(guò)的生物降解塑料的定義是 生物降解塑料是指在自然界條件下 能為微生物所降解的塑料 國(guó)際上對(duì)生物降解聚合物嚴(yán)格意義上的定義是 在有氧及無(wú)氧條件下 聚合物在微生物及動(dòng)植物體的作用下 其物理 化學(xué)性能發(fā)生下降及形成CO2 H2O CH4及其它一些小分子量化合物的聚合物 舉例PBS 聚丁二酸丁二醇酯 英文簡(jiǎn)稱PBS 它是一種典型的脂肪族聚酯 脂肪族聚酯由于其生物降解性和經(jīng)濟(jì)性 已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn) PBS同時(shí)也是一種新型的可生物降解高分子材料 其降解與應(yīng)用的研究始于20世紀(jì)90年代 對(duì)于環(huán)境友好材料和生物材料而言 PBS基降解材料的制備與應(yīng)用是新興的研究領(lǐng)域 同時(shí) 合成PBS的主要原料1 4 丁二酸和1 4 丁二醇不僅可以由石油化工路線得到 可以由煤化工路線和生物發(fā)酵的途徑得到 因此更具環(huán)保意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 PBS介紹 應(yīng)用廣泛 PBS降解機(jī)理 材料降解是指在保存期內(nèi)材料性能不變 而使用后在一定環(huán)境條件下能夠被降解 其過(guò)程是材料被細(xì)菌 霉菌等作用消化吸收的過(guò)程 大致分為兩步 1 微生物向體外分泌水解酶 和材料表面結(jié)合 通過(guò)水解切斷高分子鏈 生成分子量小于500g mol以下的小分子量的化合物2 降解的生成物被微生物攝入體內(nèi) 經(jīng)過(guò)種種的代謝路線 合成為微生物體內(nèi)所需物質(zhì)或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量 最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳 PBS降解機(jī)理 PBS的降解要經(jīng)過(guò)2個(gè)階段 在一次分解中通過(guò)微生物在菌體外分泌的酶與其表面接觸 由表及里順序進(jìn)行分解 PBS在一次降解中使用粉制的酶 脂肪酶 通過(guò)水解反應(yīng) 可很快分解 生成二羧酸 二元醇類物質(zhì)以及5聚體以下的低分子量聚酯的混合物 接著是完全分解過(guò)程 在一次分解中生成的低分子量中間生成物被菌體所侵蝕 通過(guò)各式各樣的代謝 在透氣性好的條件下分解成二氧化碳和水 在透氣性差的條件下則變成了二氧化碳和甲烷 脂肪族聚酯的微生物降解反應(yīng)示意如下 脂肪酶攻擊 細(xì)菌 水解 材料碎片 微生物利用 PBS降解機(jī)理 能夠分解脂肪族聚酯的微生物種類很多 包括許多細(xì)菌和霉菌等 它們廣泛分布在自然界中 其中以土壤中最多 PBS基塑料理論上容易被微生物降解 但隨其共聚組分 相對(duì)分子質(zhì)量的不同 降解性有很大差別 酯鍵之間結(jié)合的亞甲基數(shù)為4 8時(shí) 脂肪族聚酯較容易降解 聚合物鏈中存在苯環(huán)結(jié)構(gòu)和脂肪族醚鍵等 其生物降解性下降 PBS的相對(duì)分子質(zhì)量大以及親水性差 也不利于微生物的侵蝕 繁殖與生物降解 合成方法 脂肪族聚酯的合成方法理論上有生物發(fā)酵法和化學(xué)合成法兩種方法 但是生物發(fā)酵法的成本很高 故PBS的合成絕大部分使用的是化學(xué)合成法 化學(xué)合成法又包括直接酯化法和酯交換法 大多數(shù)采用直接聚合的方法 直接酯化法 以丁二酸和丁二醇直接縮聚得到PBS 其合成方法由兩步完成 先在較低的反應(yīng)溫度下將二元酸與過(guò)量的二元醇進(jìn)行酯化 形成端羥基預(yù)聚物 然后在高溫 高真空和催化劑的存在下脫除二元醇 得到PBS聚酯 合成方法 酯交換反應(yīng)法 二元酸二甲酯與等量的二元醇 在催化劑存在下 高溫 高真空脫甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到PBS聚酯 擴(kuò)鏈法 在前兩種合成反應(yīng)過(guò)程中 需要不斷地排除小分子產(chǎn)物 從而獲得所需相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯 但是在縮聚反應(yīng)后期 溫度往往超過(guò)200 時(shí) 會(huì)發(fā)生脫羧 熱降解 熱氧化等副反應(yīng) 影響相對(duì)分子質(zhì)量 此時(shí)為了提高相對(duì)分子質(zhì)量 可采取擴(kuò)鏈反應(yīng) 利用擴(kuò)鏈劑提高其相對(duì)分子質(zhì)量 展望 現(xiàn)在研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面 創(chuàng)新合成途徑 改進(jìn)生產(chǎn)工藝以得到高分子量的PBS聚合物 對(duì)PBS進(jìn)行改性或與其他材料復(fù)合制成綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料 尋找價(jià)格低 來(lái)源廣的填料 降低產(chǎn)品的成本 目前 在PBS的某些應(yīng)用研究領(lǐng)域還存在局限 如不同研究者提出的觀點(diǎn)存在