生物降解性聚酯

生物降解性聚酯背景生物降解聚酯的分類生物降解性聚酯的特性與應(yīng)用結(jié)語背景合成高分子已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域中，給人們帶來便利。但同時，也給環(huán)境造成了巨大的污染。進(jìn)入21世紀(jì)以來,人類生產(chǎn)活動的可持續(xù)性和減少二氧化碳?xì)怏w的排放倍受關(guān)注,研究環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和能源、資源再生化的力度加大?；厥战到???回收與降解回收再生技術(shù)是解決塑料污染的有效措施，而對于占塑料制品總量10％的大量的難以回收或不可回收的塑料廢棄物，使用生物可降解塑料則更為有利?；厥蘸徒到馍锝到饩酆衔镌谧匀画h(huán)境中由微生物進(jìn)行分解、再回歸到自然。其中,生物降解聚酯的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展最快。目前代表性的產(chǎn)品有:由微生物產(chǎn)生的聚羥基丁酸酯及其共聚物;化學(xué)合成的聚乳酸、丁二醇酯共聚物、聚己內(nèi)酯等脂肪族聚酯。它們已在許多領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用,前景廣闊。發(fā)展歷史70年代末：微生物合成聚酯

聚羥基脂肪酸酯（PHB）英國ICI公司；美國Monsanto公司80年代：化學(xué)合成聚酯（開環(huán)聚合）

聚乳酸（PLA）美國Cargill公司聚己內(nèi)酯（PCL）美國U.C.C.公司90年代：化學(xué)合成聚酯（縮合聚合）

脂肪族二元醇酸聚酯（PBS）日本昭和高分子公司;

美國Eastman公司等生物可降解聚酯的分類用微生物制造的高分子植物和動物制造的高分子化學(xué)合成的高分子聚酯、纖維素、聚氨基酸纖維素、淀粉、甲殼質(zhì)、膠原聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚丁二酸丁二醇酯聚羥基烷酸酯PHA

聚羥基脂肪酸酯是近20多年來迅速發(fā)展起來的天然生物高分子材料，它是一種很多種微生物合成的細(xì)胞內(nèi)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熱加工性能，因此同時可作為生物醫(yī)用材料和生物可降解包裝材料，已經(jīng)成為生物材料領(lǐng)域最為活躍的研究熱點(diǎn)二十世紀(jì)七十年代英國ICI公司開發(fā)成功生物法PHA，并形成年產(chǎn)量在1000噸的生產(chǎn)規(guī)模

美國Monsanto公司旗下的metaboIix公司開發(fā)了以水解糖為原料制備的PHA－“BioPoI”的新技術(shù)；我國在八十年代末九十年代初在國家也大力支持了清華大學(xué)和中國科學(xué)院微生物研究所進(jìn)行PHA發(fā)酵法生產(chǎn)的技術(shù)開發(fā)；目前寧波天安公司形成了1000噸/年的生產(chǎn)能力。

PHA的發(fā)酵工藝流程PHA典型性能性

質(zhì)數(shù)值熔融溫度

．℃l60一172相對密度1.23一1.25分子量Mnkg／mol22—400重均分子量．kg／mol360玻璃化溫度℃15結(jié)晶度約80％拉伸模量，GPa3.5彎曲模量，GPa4.0拉伸強(qiáng)度．MPa40斷裂伸長率，％6聚己內(nèi)酯PCL聚己內(nèi)酯Polycaprolactone(簡稱PCL)，是由ε-己內(nèi)酯在金屬有機(jī)化合物（如四苯基錫）做催化劑，二羥基或三羥基做引發(fā)劑條件下開環(huán)聚合而成，屬于聚合型聚酯，其分子量與歧化度隨起始物料的種類和用量不同而異。聚己內(nèi)酯典型性能生物相容性

在體內(nèi)與生物細(xì)胞相容性很好，細(xì)胞可在其基架上正常生長，并可降解成CO2和H2O。生物降解性

在土壤和水環(huán)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、天然橡膠等很好地互容。良好溶劑溶解性

在芳香化合物、酮類和極性溶劑中很好地溶解。高結(jié)晶性和低熔點(diǎn)性

Tg為-60°C，非常柔軟，具有極大的伸展性；其熔點(diǎn)為60-63°C，可在低溫成型。PCL的主要用途用途

低熔點(diǎn)

醫(yī)用造型材料，工業(yè)、美術(shù)用造型材料、·

玩具，有機(jī)著色劑，熱復(fù)寫墨水附著劑、

熱熔膠合劑韌性Tg=－60℃

塑料低溫沖擊性能改性劑高結(jié)晶性

有強(qiáng)度的薄膜、絲狀成型物

生物降解性

生物降解性塑料

手術(shù)縫合線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。據(jù)2006年第9屆世界生物聚合物會議信息,目前世界PLA的市場需求量每年不低于4萬t,并預(yù)測今后將以20%的速度增長。PLA具有優(yōu)異的生物相容性和降解性,其環(huán)境友好型特征不僅使它成功地作為生物降解塑料使用,而且引起纖維生產(chǎn)廠家的廣泛興趣。乳酸發(fā)酵發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸則起源于1841年Boutron和Fremy的自然發(fā)酵生產(chǎn)乳酸；純種發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)乳酸則是1881年由CharlesE．Avery公司開始，世界2002年發(fā)酵生產(chǎn)乳酸估計超過20萬噸。

我國的乳酸發(fā)酵工業(yè)開始于抗戰(zhàn)時期的大西南，50年代江蘇無錫制藥二廠以大米原料發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸，目前已形成約年產(chǎn)4萬噸的生產(chǎn)能力，但年產(chǎn)量不足2萬噸，工藝上多數(shù)采用德氏乳桿菌和植物乳桿菌發(fā)酵大米糖化醪液進(jìn)行生產(chǎn)。

聚乳酸單個的乳酸分子中有一個羥基和一個羧基，多個乳酸分子在一起，-OH與別的分子的-COOH脫水縮合，-COOH與別的分子的-OH脫水縮合，就這樣，它們手拉手形成了聚合物，叫做聚乳酸。聚乳酸也稱為聚丙交酯，屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。聚乳酸典型性能具有良好的生物相容性。機(jī)械性能及物理性能良好。相容性與可降解性良好。具有最良好的抗拉強(qiáng)度及延展度。聚乳酸的應(yīng)用汽車領(lǐng)域車用腳墊車座一次性用品領(lǐng)域電子領(lǐng)域通過使用生物降解樹脂能夠解決現(xiàn)有CD盤片廢棄時對環(huán)境造成的污染。PLA在燃燒時所消耗的能量比PC燃燒時所消耗的能量要少，從而減少二氧化碳的排量。若采用填埋方式，PLA在2-5年就能快速地生物降解，而PC則半永久地殘留在土壤中。手機(jī)部件及機(jī)殼材料生產(chǎn)聚乳酸的工藝

玉米淀粉經(jīng)水解制成葡萄糖，再用乳酸桿菌厭氧發(fā)酵，發(fā)酵過程使用液體堿中和生成的乳酸，發(fā)酵液經(jīng)過凈化后，使用電滲析工藝制成純度達(dá)到99．5％L－乳酸，然后在真空條件下3個乳酸分子自行聚合生成丙交酯，再開環(huán)縮聚成PLA。但在此過程中，必須選擇專門的催化劑和引發(fā)劑；同時，丙交酯必須經(jīng)過提純，否則難以獲得分子量較高的聚合物；此外為了防止副反應(yīng)，還要采用惰性氣體。目前PLA的最大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模已經(jīng)達(dá)到14萬噸/年，噸生產(chǎn)成本約為2500美元。國外聚乳酸生產(chǎn)2002年美國Cargill和Dow化學(xué)在明尼蘇達(dá)州合建了世界上年產(chǎn)14萬噸的聚乳酸的生產(chǎn)廠NATUREWORKS公司，從而開創(chuàng)了用農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)塑料的產(chǎn)業(yè)化新時代；日本島津、三井、油墨公司、代塞爾化學(xué)公司，分別均有500～1000t／a裝置，并均計劃擴(kuò)建；德國EmsInventa－Fischer公司，在德東部建年產(chǎn)3000噸PLA示范工廠。我國PLA研究進(jìn)展我國20世紀(jì)90年代研發(fā)成功L－乳酸，PLA列入國家攻關(guān)計劃。中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院承擔(dān)了國家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“L－乳酸發(fā)酵新工藝和聚合新技術(shù)的研究”，通過刻苦攻關(guān)，產(chǎn)品純度各項指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定要求，在聚乳酸的一步法合成工藝的研究在國內(nèi)居領(lǐng)先水平。許多科教單位投入力量建有多套實驗裝置，如中科院長春應(yīng)化所、天津南開大學(xué)、東華大學(xué)、華南理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢大學(xué)等。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）由丁二酸和丁二醇經(jīng)縮合聚合合成而得，樹脂呈乳白色，無嗅無味，易被自然界的多種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解、代謝，最終分解為二氧化碳和水，是典型的可完全降解的生物降解性的聚酯塑料。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間，可直接做為塑料加工使用。PBS的降解機(jī)理PBS的應(yīng)用聚丁二酸丁二醇酯（PBS）可以用做垃圾袋、包裝袋、化妝品瓶、各種塑料卡片、嬰兒尿布、農(nóng)用材料及藥物緩釋載體基質(zhì)等共聚聚酯PHVBPHBV即新型生物高分子3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物。

它是一種用淀粉為原料,運(yùn)用發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)出的生物材料。是一種生物聚酯，它由細(xì)菌生產(chǎn)，能被細(xì)菌消化，在土壤或堆肥化條件下完全分解為二氧化碳、水和生物質(zhì)。

美國帝國化學(xué)工業(yè)公司利用細(xì)菌把糖和有機(jī)酸制造成可生物降解的塑料。其方法與生產(chǎn)出乙醇的發(fā)酵工藝相似，所不同的只是，用的細(xì)菌是產(chǎn)堿桿菌屬，能把喂食的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成一種塑料．稱為PHBV。PHBV具有與聚丙烯相似的性質(zhì)，這種材料在廢棄后，即使在潮濕的環(huán)境下也是穩(wěn)定的，但在有微生物的情況下，它將