天然生物降解高分子和人工合成的生物降解高分子分別有哪些

熱心網(wǎng)友：天然生物降解高分子和人工合成的生物降解高分子分別有哪些1 、可生物降解高分子材料的定義 可生物降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。 2 、生物降解高分子材料降解機(jī)理 生物降解的機(jī)理大致有以下3種方式：生物的細(xì)胞增長使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為，高分子材料的生物降解是經(jīng)過兩個過程進(jìn)行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物(有機(jī)酸、酯等)；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。降解除有以上生物化學(xué)作用外，還有生物物理作用，即微生物侵蝕聚合物后，由于細(xì)胞的增大，致使高分子材料發(fā)生機(jī)械性破壞。因此，生物降解并非單一機(jī)理，而是一個復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。到目前為止，有關(guān)生物降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚：除了生物降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。 人們深入研究了不同的生物可降解高分子材料的生物降解性，發(fā)現(xiàn)與其結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，包括化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)等。高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)直接影響著生物可降解能力的強(qiáng)弱，一般情況下：脂肪族酯鍵、肽鍵>氨基甲酸酯>脂肪族醚鍵> 亞甲基。當(dāng)同種材料固態(tài)結(jié)構(gòu)不同時，不同聚集態(tài)的降解速度有如下順序：橡膠態(tài)>玻璃態(tài)>結(jié)晶態(tài)。一般極性大的高分子材料才能與酶相粘附并很好地親和，微生物粘附表面的方式受塑料表面張力、表面結(jié)構(gòu)、多孑L性、環(huán)境的攪動程度以及可侵占表面的影響。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、pH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。 3 、可生物降解高分子材料的種類 按照原料組成和制造工藝不同可分為以下三種：天然高分子及其改性產(chǎn)物、微生物合成高分子和化學(xué)合成高分子。

熱心網(wǎng)友：生物降解塑料中文英文對照poly(butylene-succinate) pbs 聚丁二酸丁二醇酯poly(butylene succinate-co-butylene adipate) pbsa丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物poly(butylene succinate-co-terephthalate)s pbst聚丁二酸/對苯二甲酸丁二醇酯soft biodegradable material technology 軟性生分解材料技術(shù)photodegradable plastics光降解性塑膠disintegradable plastics 崩解性塑膠biodegradable materials生物可分解材料bio-polymer生物高分子聚合物green plastics綠色塑膠aliphatic-aromatic polyester copolymers 脂肪族—芳香族聚酯的嵌段分子聚合物aliphatic polyesters脂肪族聚酯cpla, polylactide aliphatic polyester copolymers 聚乳酸—脂肪族聚酯的嵌段分子聚合物polycaprolactone pcl 聚己內(nèi)酯polyhydroxyalkanoates pha聚羥基羧酸酯poly-beta-hydroxybutyrate phb聚羥基丁酸酯polyhydroxybutyrate-valerate phbv聚羥基戊酸酯polylactide pla聚乳酸poly(butylene adipate-co-terephthalate) (pbat) 己二酸-對苯二甲酸-丁二酯共聚物(pbat) poly(butylene succinate-co-butylene fumarate) 聚(琥珀酸丁二醇酯-共-富馬酸丁二醇酯)目前可降解塑料除了pla還有哪些種類？降解塑料（degradable plastic）是指，在規(guī)定環(huán)境條件下，經(jīng)過一段時間和包含一個或更多步驟，導(dǎo)致材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的顯著變化而損失某些性能（如完整性、分子量、結(jié)構(gòu)或機(jī)械強(qiáng)度）和/或發(fā)生破碎的塑料。應(yīng)使用能反映性能變化的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，并按降解方式和使用周期確定其類別。降解塑料按照其設(shè)計(jì)的最終降解途徑分為生物分解塑料、可堆肥塑料、光降解塑料、熱氧降解塑料。 生物分解塑料（biodegradable plastic）是指，在自然界如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物如細(xì)菌、霉菌和海藻等作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（co2）或/和甲烷（ch4）、水（h2o）及其所含元素的礦化無機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)的塑料。也就是通常所說的生物降解塑料。 生物分解塑料分類：按照原料組成和制造工藝不同可分為以下三種：天然高分子及其改性材料、微生物合成高分子材料和化學(xué)合成高分子材料。目前具有應(yīng)用前景的生物分解塑料有：聚3-羥基烷酸酯（pha）、聚乳酸（pla）、聚ε-己內(nèi)酯（pcl）和聚丁二酸丁二醇酯（pbs）。 1．聚3-羥基烷酸酯（pha） 聚羥基脂肪酸酯是由微生物通過各種碳源發(fā)酵而合成的不同結(jié)構(gòu)的脂肪族共聚聚酯。其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯(phb)、聚羥基戊酸酯(phv)及phb和phv的共聚物(phbv)。phb是一種在自然界中廣泛存在的熱塑性聚酯，尤其常在細(xì)菌細(xì)胞間發(fā)現(xiàn)。phb的許多物理性能和機(jī)械性能與聚丙烯塑料接近，但它具有生物降解性和生物相容性，在生物體內(nèi)可完全降解成β-羥基丁酸、二氧化碳和水。用這種生物塑料制成的材料可用于藥物釋放系統(tǒng)、植入體及一些痊愈后在人體中無害分解的器件，但相對聚丙烯來說，phb比較硬，且更脆一些。通過phb與phv共聚(phbv)可以改善phb結(jié)晶度高、較脆的弱點(diǎn)，提高其機(jī)械性、耐熱性和耐水性。phb/phv共聚物已經(jīng)有產(chǎn)品出售，商品名為biopol。biopol是由一系列不同材料組成的，當(dāng)其中phv的含量最高不超過30%， phb/phv為89/11時共聚物的強(qiáng)度和韌性達(dá)到最佳，此類產(chǎn)品可用于食品包裝、化妝品、醫(yī)藥、衛(wèi)生及農(nóng)業(yè)等行業(yè)。 2．聚乳酸（pla） 聚乳酸（pla）是以微生物發(fā)酵產(chǎn)物-乳酸為單體化學(xué)合成的聚酯。 聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料。傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料。目前美、法、日等國家已開發(fā)利用玉米、甘蔗、甜菜、土豆等農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。玉米是生物降解塑料聚乳酸的首選原料。制造生物降解塑料聚乳酸的工藝過程如下：首先把玉米磨成粉，分離出淀粉，再從淀粉中提取出原始的葡萄糖，最后用類似啤酒的發(fā)酵工藝將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乳酸，再把提取出來的乳酸制成最終的聚合物—聚乳酸。聚乳酸是由可再生資源如谷物生產(chǎn)的可生物降解的聚合物。在聚乳酸生產(chǎn)路線中, 乳酸單體首先通過谷物淀物水解為葡萄糖, 葡萄糖由發(fā)酵過程轉(zhuǎn)化為乳酸鈉, 由此來制備。乳酸進(jìn)一步濃縮, 然后按照縮聚( 形成預(yù)聚合物) 、熱解聚( 形成二丙交酯) 、開環(huán)聚合和解聚順序進(jìn)行聚合。得到聚乳酸的分子量高達(dá)75000g/mol。通過一般的方法進(jìn)行乳酸縮聚反應(yīng)，僅能得到乳酸低聚物。目前研究最多的制備高分子量pla的方法是通過丙交酯的開環(huán)聚合反應(yīng)，而丙交酯則由乳酸低聚物經(jīng)高溫裂解合成。對于丙交酯的開環(huán)聚合反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)條件，都有詳盡的研究報道。最近，日本的三井化學(xué)公司提出了不經(jīng)過丙交酯，直接以乳酸縮聚反應(yīng)制備聚乳酸的新技術(shù)。這一技術(shù)采用高活性的催化劑通過溶液縮聚，得到了高分子量的聚乳酸。由于乳酸和丙交酯中含有不對稱碳原子，經(jīng)聚合可得到不同立構(gòu)規(guī)整性的pla，如l-pla，d-pla和dl-pla。 聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密閉性，在常溫下性能穩(wěn)定，但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會自動降解。使用后它能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護(hù)環(huán)境非常有利。 聚乳酸的降解分成兩個階段：1）首先是純化學(xué)水解成乳酸單體；2）乳酸單體在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全降解，真正達(dá)到生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效應(yīng)。 3．聚ε-己內(nèi)酯（pcl） 聚ε-己內(nèi)酯（pcl）是由ε-己內(nèi)酯經(jīng)開環(huán)聚合得到的低熔點(diǎn)聚合物，其熔點(diǎn)僅62℃。pcl的降解性研究從1976年就已開始，在厭氧和需氧的環(huán)境中，pcl都可以被微生物完全分解。與pla相比，pcl具有更好的疏水性，但降解速度較慢；同時其合成工藝簡單、成本較低。pcl的加工性能優(yōu)良，可用普通的塑料加工設(shè)備制成薄膜及其它制品。同時，pcl和多種聚合物具有很好的相容性，如pe、pp、pva、abs、橡膠、纖維素及淀粉等，通過共混，以及共聚可得到性能優(yōu)良的材料。尤其是其與淀粉的共混或共聚，既可保持其生物降解性，又可降低成本，因而深受注目。pcl與淀粉共混可得到耐水性好的降解塑料，其價格與紙張相近；利用原位聚合方法，可將ε-己內(nèi)酯與淀粉接枝，得到性能優(yōu)良的熱塑性聚合物。4．聚酯類--pbs/pbsa 與同類產(chǎn)品比較，聚酯生物分降塑料的優(yōu)點(diǎn)： 1）上述生物分降塑料（聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、聚羥基烷基酸酯）的致命弱點(diǎn)之一就是耐熱性差, 這影響了它在餐飲領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。 2）上述生物分降塑料（聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、聚羥基烷基酸酯）加工工藝條件苛刻，產(chǎn)業(yè)化上存在一些無法的困難。 3）聚乳酸是水降解生物塑料，保存過程中不能接受水分子，在普通儲存和正常使用過程中性能無法得到保證。聚丁二酸丁二醇酯( pbs) 是典型的聚酯生物分降塑料,正是由于克服了以上弱點(diǎn)，成為生物降解塑料材料中的佼佼者, 用途極為廣泛, 可用于包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。pbs 綜合性能優(yōu)異, 性價比合理, 具有良好的應(yīng)用推廣前景。和pcl、phb、pha 等降解塑料相比, pbs 價格基本一致，沒有什么優(yōu)勢；與其他生物降解塑料相比, pbs 力學(xué)性能優(yōu)異, 接近pp 和abs 塑料; 耐熱性能好, 熱變形溫度接近100℃, 改性后使用溫度可超過100℃, 可用于制備冷熱飲包裝和餐盒, 克服了其他生物降解塑料耐熱溫度低的缺點(diǎn); 加工性能非常好, 可在現(xiàn)有塑料加工通用設(shè)備上進(jìn)行各類成型加工, 是目前降解塑料加工性能最好的, 同時可以共混大量碳酸鈣、淀粉等填充物, 得到價格低廉的制品; pbs 生產(chǎn)可通過對現(xiàn)有通用聚酯生產(chǎn)設(shè)備略作改造進(jìn)行, 目前國內(nèi)聚酯設(shè)備產(chǎn)能嚴(yán)重過剩, 改造生產(chǎn)pbs 為過剩聚酯設(shè)備提供了新的機(jī)遇。 另外, pbs 只有在堆肥等接觸特定微生物條件下才發(fā)生降解, 在正常儲存和使用過程中性能非常穩(wěn)定。 pbs 以脂肪族丁二酸、丁二醇為主要生產(chǎn)原料的, 既可以通過石油化工產(chǎn)品滿足需求, 也可通過淀粉、纖維素、葡萄糖等自然界可再生農(nóng)作物產(chǎn)物, 經(jīng)生物發(fā)酵途徑生產(chǎn), 從而實(shí)現(xiàn)來自自然、回歸自然的綠色循環(huán)生產(chǎn)。而且采用生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)的原料, 還可大幅降低原料成本, 從而進(jìn)一步降低pbs 成本。參考資料《pbs資訊》