生物降解高分子材料的研究及发展.pdf

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1、 而且以其为原料的合成材料通常也会生物降解。如纤维素、淀粉、蛋白质、甲壳素、木质素、单宁和树皮等原料合成的塑料，都是很好的生物降解化合物。在一些发达国家，已达到一定的开发利用水平，特别是通过化学修饰和共聚等方法对这些高分子进行改性，可以合成许多有用的环境可降解高分子材料。添加剂型生物降解塑料是指将生物可降解成分以添加剂的形式加到原料中而制成的塑料。如普通的P E、P P、P S 中添加淀粉或淀粉衍生物的塑料。这类产品虽然在技术和应用上还存在一些问题。但其价格相对低廉。2 淀粉基生物降解塑料淀粉是多糖类化合物也是目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子它广泛存在于植物中，如玉米、土豆、地瓜、甜菜

2、等均含大量淀粉。淀粉本身不宜单独作为降解材料使用。常需对其进行改性。与其他生物降解聚合物相比。淀粉具有原料来源广泛、价格低廉、易生物降解等优点在生物降解塑料领域占有重要的地位。从2 0 世纪7 0 年代人们开始致力于生物降解塑料的研究开发以来淀粉一直是不可缺少的重要原料之一。当时第一代淀粉降解塑料是在合成塑料中添加一些淀粉后得到的降解塑料。除了淀粉添加量较小以外。淀粉降解后残留的塑料部分不能继续降解，因此成为生物崩解型塑料，它不是真正的完全降解塑料，未能彻底解决塑料的污染问题。近年来，各国普遍将研究重点放在尽可能提高淀粉含量的塑料上，并开发出一些性能优异的完全降解塑料。甚至得到不含合成聚合物的

3、纯淀粉产品，即热塑性塑料。此外，在淀粉中添加其他完全降解的天然材料。通过其性能的组合和匹配也可以生产出满足使用要求的降解材料。淀粉基塑料泛指其组成中还有淀粉或其衍生物的塑料，以天然淀粉为填充剂的塑料和以天然淀粉或其衍生物为共混体系的塑料都属于此类。3 聚乳酸树脂聚乳酸属于最容易生物降解的热塑料材料脂肪族聚酯类化合物中的一种，也是国内外近年来开发研究最活跃的降解材料之一。聚乳酸是以淀粉、糖蜜等为原料。发酵制得乳酸，再通过化学方法合成的高分子材料是生物降解性材料中最有发展前途的品种之一。聚乳酸的研制和开发可追溯到2 0 世纪3 0 年代，著名高分子化学家C a r o t h e r s 对聚乳酸

4、的合成做过报道，但他所得到的聚合物分子量较低，化学性能差。实际用途不大。1 9 4 4 年F i l a c h i e n e 在H o v e y、H o d g i n s 及B e g j i 研究基础之上对当时聚乳酸的聚合方法进行了系统的探索。但得到的聚合物分子量仍较低。1 9 5 4 年D uP o n t公司采用新型的聚合方法制备出高分子量的聚乳酸，并对聚合过程申请了专利当时人们对其性能认识尚不充分聚乳酸未能进入实用性阶段。1 9 6 2 年美国C y a n a m i n d 公司发明了用聚乳酸制成的可吸收缝合线。克服了以往用多肽制备的缝合线所具有的过敏性，其降解产物乳酸、二

5、氧化碳、水均是无害的天然小分子。2 0 世纪7 0 年代。聚乳酸在人体内的易分解性和分解产物的高度安全性得到确认。1 9 8 7 年，L e e n s l a g 等人采用四苯基锡为催化剂，制备出高分子量的聚乳酸。在2 0 世纪7 0 8 0 年代。有关乳酸聚合物的聚合机制、结构和性质的研究有了很大进展。由于这些研究。以及乳酸发酵和提取技术的重要改进聚乳酸生产技术的发展和应用进入推广阶段。2 0 世纪9 0 年代以后，由于环保的呼声越来越强人们将目光集中在聚乳酸的性能改进方面，着重进行改性研究及加工工艺的改进，这一时期的研究非常活跃，并取得了一定的成果。从2 0 世纪9 0 年代至今国际市场

6、上相继出现了5 种牌号的聚乳酸树脂。对于其市场前景，生产商C a r g i l lD o w公司的总裁认为聚乳酸树脂代替现有的降解材料已成为必然，并具有与烯烃类聚合物竞争的能力。聚乳酸生产的工艺流程如下：原料预备(玉米、高梁等)-+生产淀粉一液化一糖化作用生产葡萄糖一酵母培养一发酵一+分离一纯化(净化)_+乳酸聚合_ 树脂一纤维、塑料。由于乳酸存在一个羟基和一个羧基(H O C H(C H，)C O O H)，因此，它可以通过缩聚反应被直接转化成低分子量的聚酯。C a r o t h e r 的前期研究给出了一个合成高分子量聚合物的两步法。第一步是合成环状的乳酸二聚体丙交酯，并除去副产物水。

7、在第二步纯化的丙交酯单体通过开环聚合反应被转化成高分子量的聚酯。通过选择适宜的聚合条件，可以合成得到所希望分子量的聚合物。聚乳酸燃烧后不产生有毒气体。释放的热量为通12 8 万方数据用树脂的一半故不仅可经自然降解或堆肥处理亦可进行燃烧处理。聚乳酸材料的一个突出优点就是能通过多种通用方式进行加工如挤出、纺丝、双轴拉伸、注射、吹塑。而且，其具有制袋、良好的印刷性等二次加工性能加工过程中分手定向不仅会大大增加力学强度同高结晶和高分子量一样。也会由于使分子结合加强而影响微生物对其的降解能力。但聚乳酸材料熔融后表面张力小。又给发泡工艺带来一定困难，不过，这可通过添加化学发泡剂的方法加以解决。与水溶性或吸

8、水膨胀的聚合物相比，乳酸类热塑料在水中降解较慢只能被看做是对湿度敏感的聚合物。在一些环境条件下，这类塑料接触湿度后会主要水解成乳酸，对p H 值相对不敏感。与其他可降解塑料不同的是，降解过程不需要太阳光。至今，关于乳酸类热塑料外部水解是否是由酶控制，还没有完全的定论，但是确实发现，酶可以加快降解。降解速率取决于聚合物的分子量、表面质量、特别是聚合物的组成。4 改性大豆蛋白塑料早在1 9 1 3 年就有了大豆蛋白质制备半塑料材料的专利发表。1 9 3 0 年，福特汽车公司用大豆粉的酚醛树脂研制了塑料并将它应用于它的汽车件。进入9 0 年代。以大豆蛋白质为原料。研制可完全生物降解的绿色塑料重新活跃

9、起来。单纯的大豆蛋白平均分子量很高融化温度在2 1 0。C，玻璃化转变温度为2 0 0。C。因而，要对其进行加工成型必须进行改性处理。目前文献中的改性主要集中在用水、甘油等多羟基醇类增塑剂上。为降低大豆蛋白塑料的吸水性能可对其进行酸调、交联和填充等改性。加水量对大豆蛋白的改性性能也不同。适量的水(3 0 1 0 0 w t)可成为大豆蛋白粉在加工过程中的良好增塑剂。它可极大地改善了大豆蛋白塑料的加工性能，使之能在较低的温度下顺利挤出或模压成片相应地改变材料的力学性能。甘油等多羟基醇类对大豆蛋白塑料也有增塑作用。甘油对大豆蛋白这类生物高分子有普遍的增塑作用，而且它对大豆蛋白塑料的作用不仅体现在对

10、加工性能的改进上。而且对材料的力学性能、动态学性能、热性能和吸水性能以及断面外貌等方面有一系列影响。有学者还研究了其他多羟基醇类对大豆蛋白塑料的增 食品工程技术塑作用。包括：乙烯基二醇、丙烯二醇、1，3 丙二醇、聚乙烯醇等。另外的改性方法还有酸调改性，用盐酸、硫酸、醋酸、丙酸、磷酸或柠檬酸等来调节蛋白质在水溶液中的p H 值；交联改性，利用大豆蛋白质含有许多基团和二硫键等使蛋白质交联反应；填充改性。利用加入聚磷酸盐等填料来进一步提高大豆分离蛋白塑料的耐水性。5结语对环境友好型生物降解高分子材料的研究既有理论研究价值又有着广阔的推广应用前景。以我国生物质资源开发利用中的关键共性问题为主攻方向，研

11、究淀粉基生物降解塑料、聚乳酸树脂、改性大豆蛋白塑料等环境友好型生物材料的关键技术。优化相应的原理、工艺与方法，构建生物降解高分子材料的新技术体系。是当务之急。生物降解高分子材料的研究发展将孕育一个新型的生物质产业通过农业与新型材料工业的有机结合，可使之形成一个生物质产业链。这对解决我国的“三农”问题具有现实意义。参考文献、1 孙振钧中国生物质产业及发展方向 J 农业工程学报，2 0 0 4，2 0(5)：1-5 2R i c h a r dP W o o l，X i u Z h iS u s a nS u n B i o b a s e dP o l y m e ma n dC o m p o

12、 s i t e s M E l s e v i e rA c a d e m i cP r e s s，2 0 0 5 3 陈坚，堵国成环境友好材料的生产与应用 M 北京：化学工业出版社2 0 0 2 4 戈进杰生物降解高分子材料及其应用 M 北京：化学工业出版社2 0 0 2 5 汪浩、黄华、张隐西大豆蛋白质坦料特性的研究 J 中国塑料，2 0 0 2 8(1 2)6 黄根龙治理塑料废弃物新技术途径探讨专论可降解塑料的研究开发 J 化学进展，1 9 9 8(2)7R a k e s hK u m a r，V e e n aC h o u d h a r y，S a r o jM i s h

13、 r a，I K。V a r m a，B oM a t t i a s o n A d h e s i v e sa n dP l a s t i c sB a s e do nS o yP r o t e i nP r o d u c t s J I n d u s t r i a lC r o p sa n dP r o d u c t s，2 0 0 2(1 6)：1 5 5-1 7 2 基金项目：浙江省科技厅“新苗人才计划”资助项目和浙江省教育厅资助项目收稿日期：2 0 0 8-0 1 0 4作者简介：洪一前(1 9 7 4-)，男浙江金华人，硕士研究生，研究方向为生物质材料科学与工程

14、。通讯作者：盛奎川(1 9 6 3 一)，男，浙江绍兴人教授。通讯地址：(3 1 0 0 2 9)杭州市凯旋路2 6 8 号12 9 万方数据生物降解高分子材料的研究及发展生物降解高分子材料的研究及发展作者：洪一前，盛奎川，蓝天，李永辉作者单位：浙江大学生物系统工程与食品科学学院刊名：粮油加工英文刊名：CEREALS AND OILS PROCESSING年，卷(期)：2008，(5)被引用次数：1次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.孙振钧 中国生物质产业及发展方向期刊论文-农业工程学报 2004(05)2.Richard P.Wool.XiuZhi Susan Sun Bio-based

15、 Polymers and Composites 20053.陈坚.堵国成 环境友好材料的生产与应用 20024.戈进杰 生物降解高分子材料及其应用 20025.汪浩.黄华.张隐西 大豆蛋白质塑料特性的研究期刊论文-中国塑料 2002(12)6.黄根龙 治理塑料废弃物新技术途径探讨-专论可降解塑料的研究开发期刊论文-化学进展 1998(02)7.Rakesh Kumar.Veena Choudhary.Saroj Mishra.I.K.Varma,Bo Mattiason Adhesives and Plastics Based onSoy Protein Products 2002(16)相

16、似文献(1条)相似文献(1条)1.会议论文 许国志.翁云宣 中国的生物降解塑料 2009 从20世纪90年代中期，我国开始研发生物降解塑料，科技部也对多家生产生物降解材料的科研单位或企业进行了资金支持。目前，生物降解材料主要集中在热塑性淀粉、PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基脂肪酸酯，包括PHB聚羟基丁酸酯和。PHBV聚羟基丁酸酯戊酸酯等)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PPCPEC(二氧化碳共聚物)、M-PVA(改性聚乙烯醇)、PCL(聚己内酯)、植物纤维模塑、淀粉模塑制品等。国家发改委从2006年开始，建立生物质专项基金支持生物基材料的发展，从2008年6月1日开始实行限塑令，并在2008年8

17、月召开的奥运会期间成功应用了生物降解塑料(包括生物降解塑料垃圾袋、办公用品、餐具等)。另外，海关总署颁布了相关生物降解塑料的海关编号(初级形状的聚乳酸3907700000、初级形状的聚乙烯醇3905300000)，这些政策促进了生物基和生物降解塑料的快速发展。M-PVA(改性聚乙烯醇)、PCL(聚己内酯)、植物纤维模塑、淀粉模塑制品等。国家发改委从2006年开始，建立生物质专项基?2008年6月1日开始实行限塑令，并在2008年8月召开的奥运会期间成功应用了生物降解塑料(包括生物降解塑料垃圾袋、办公用品、餐具等)。另外，海关总署颁布了相关生物降解塑料的海关编号(初级形状的聚乳酸39077000

18、00、初级形状的聚乙烯醇3905300000)，这些政策促进了生物基和生物降解塑料的快速发展。?磧?矻 国家发改委从2006年开始，建立生物质专项基?2008年6月1日开始实行限塑令，并在2008年8月召开的奥运会期间成功应用了生物降解塑料(包括生物降解塑料垃圾袋、办公用品、餐具等)。另外，海关总署颁布了相关生物降解塑料的海关编号(初级形状的聚乳酸3907700000、初级形状的聚乙烯醇3905300000)，这些政策促进了生物基和生物降解塑料的快速发展。?磧?矻 国家发改委从2006年开始，建立生物质专项基?2008年6月1日开始实行限塑令，并在2008年8月召开的奥运会期间成功应用了生物降解塑料(包括生物降解塑料垃圾袋、办公用品、餐具等)。另外，海关总署颁布了相关生物降解塑料的海关编号(初级形状的聚乳酸3907700000、初级形状的聚乙烯醇3905300000)，这些政策促进了生物基和生物降解塑料的快速发展。引证文献(1条)引证文献(1条)1.侯红江.陈复生.程小丽.辛颖 可生物降解材料降解性的研究进展期刊论文-塑料科技 2009(3)本文链接：http:/