生物降解高分子材料市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

生物降解高分子材料生物降解高分子材料040102黄演040108杨文丽第1页 高分子降解性概念高分子降解性概念降解性概念(生物降解塑料概念)(生物)降解塑料是在特定环境条件下，其化学结构发生显著改变并造成一些性能下降能被生物体侵蚀或代谢而降解材料。第2页 降解过程降解过程生物化学作用生物化学作用 1 1）高分子材料表面被微生物黏附，微生物黏附高分子材料表面被微生物黏附，微生物黏附表面方式受高分子材料表面张力表面结构多孔性温表面方式受高分子材料表面张力表面结构多孔性温度和湿度等环境影响。度和湿度等环境影响。2 2）高分子在微生物分泌酶作用下，经过水解和高分子在微生物分泌酶作用下，经过水解和氧化反应将高分子断裂成为低相对分子质量碎片。氧化反应将高分子断裂成为低相对分子质量碎片。3 3）微生物吸收或消耗碎片普通相对分子质量低微生物吸收或消耗碎片普通相对分子质量低于于500500，经过代谢最终形成，经过代谢最终形成CO2CO2、H2OH2O等。等。生物物理作用生物物理作用 微生物侵蚀高分子后因为细胞增大致使高分微生物侵蚀高分子后因为细胞增大致使高分子材料发生机械性破坏。子材料发生机械性破坏。第3页降解高分子材料分类降解高分子材料分类光降解高分子光生物降解高分子水降解高分子生物降解高分子按降解机理分类第4页生物降解高分子生物降解高分子完全生物降解高分子完全生物降解高分子(biodegradable)(biodegradable)完全生物降解高分子指在微生物作用下，在一定完全生物降解高分子指在微生物作用下，在一定时间内完全分解为时间内完全分解为CO2CO2和和H2OH2O化合物。如聚羟化合物。如聚羟基丁酸酯（基丁酸酯（PHBPHB），聚环己内酯（），聚环己内酯（PCLPCL）。）。生物破坏性高分子生物破坏性高分子(biodestructible or(biodestructible or biodisintegrable)biodisintegrable)指在微生物作用下，高分子仅能被分解为散乱碎指在微生物作用下，高分子仅能被分解为散乱碎片。如淀粉添加聚苯乙烯（片。如淀粉添加聚苯乙烯（PSPS）、聚烯烃。）、聚烯烃。第5页（）（）化学合成完全生物降解塑料化学合成完全生物降解塑料 选择适宜单体和催化体系，经化学合成方法制得可选择适宜单体和催化体系，经化学合成方法制得可生物降解塑料，在这些塑料中，脂肪族聚酯、聚乙烯醇生物降解塑料，在这些塑料中，脂肪族聚酯、聚乙烯醇（PVAPVA）和聚乙二醇等是代表产物。人们利用这些塑料）和聚乙二醇等是代表产物。人们利用这些塑料易生物降解特征对其进行深入、广泛研究与开发。其中易生物降解特征对其进行深入、广泛研究与开发。其中对脂肪族聚酯研究尤为引人注目。对脂肪族聚酯研究尤为引人注目。脂肪族聚酯能够被脂肪酶水解成小分子，然后再深脂肪族聚酯能够被脂肪酶水解成小分子，然后再深入被微生物同化。在众多脂肪族聚酯中，聚已内酯入被微生物同化。在众多脂肪族聚酯中，聚已内酯（PCLPCL）应用较广。）应用较广。（）（）天然完全可生物降解高分子天然完全可生物降解高分子（）（）用生物发酵技术合成完全生物降解塑料用生物发酵技术合成完全生物降解塑料 微生物在新陈代谢过程中，在合成蛋白质、核酸和微生物在新陈代谢过程中，在合成蛋白质、核酸和多糖等大分子物质同时多糖等大分子物质同时,在细胞内还贮存聚酯在细胞内还贮存聚酯聚聚b-b-羟羟基丁酸酯（基丁酸酯（PHBPHB）。这是一个塑料样可生物降解高分子）。这是一个塑料样可生物降解高分子材料。材料。第6页 生物破坏性塑料是一个不能完全生物降解生物破坏性塑料是一个不能完全生物降解塑料。其研究重点是在通用塑料中混入含有生物塑料。其研究重点是在通用塑料中混入含有生物降解特征组分，当其制品消费后，经一定时间可降解特征组分，当其制品消费后，经一定时间可生物降解组分降解，至使其制品丧失力学性能与生物降解组分降解，至使其制品丧失力学性能与形状，以很小粒子或碎片分散在自然界，防止造形状，以很小粒子或碎片分散在自然界，防止造成宏观污染，但微观上影响依然存在。因为生物成宏观污染，但微观上影响依然存在。因为生物破坏性塑料能够沿用通用塑料加工工艺和设备，破坏性塑料能够沿用通用塑料加工工艺和设备，其生产成本较低，依然有一定消费市场。不过它其生产成本较低，依然有一定消费市场。不过它不能从根本上处理不能从根本上处理“白色污染白色污染”。第7页降解高分子材料分类降解高分子材料分类按降解高分子组成和结构分类掺混型 掺混型是指在普通高分子中加入可降解物质或可促进降解物质制得降解高分子。结构型 结构型是指本身含有降解结构高分子。第8页 高分子材料生物降解性与其结构有很大关系，高分子形态、形状、相对分子质量、氢键、取代基、分子链刚性、对称性等均会影响其生物降解性。普通情况下只有极性高分子材料才能与酶相黏附，并很好地亲和。所以含有极性是高分子材料生物降解必要条件。第9页高分子结构与降解性关系高分子结构与降解性关系 含有侧链化合物难降解，直链高分子比支链含有侧链化合物难降解，直链高分子比支链高分子交联高分子易于降解。高分子交联高分子易于降解。比较相对分子质量比较相对分子质量范围为范围为170620170620线性和支链性碳氢聚合物发觉支线性和支链性碳氢聚合物发觉支链性聚合物真菌生长速度显著小于线性聚合物。链性聚合物真菌生长速度显著小于线性聚合物。？柔软链结构轻易被生物降解，有规晶态结构柔软链结构轻易被生物降解，有规晶态结构妨碍生物降解，所以聚合物无定形区总比结晶区妨碍生物降解，所以聚合物无定形区总比结晶区域先降解，脂肪族聚酯较轻易生物降解，而像域先降解，脂肪族聚酯较轻易生物降解，而像PETPET等硬链芳香族聚酯则是生物惰性。主链柔顺等硬链芳香族聚酯则是生物惰性。主链柔顺性越大，降解速度也越大。在塑料制品生产中添性越大，降解速度也越大。在塑料制品生产中添加增塑剂也对塑料生物降解性产生影响。加增塑剂也对塑料生物降解性产生影响。含有不饱和结构化合物难降解，脂肪族高分含有不饱和结构化合物难降解，脂肪族高分子比芳香族高分子易于生物降解。子比芳香族高分子易于生物降解。第10页 相对分子质量对生物降解性也有很大影响。因为许相对分子质量对生物降解性也有很大影响。因为许多由微生物参加聚合物降解都是由端基开始，高相对分多由微生物参加聚合物降解都是由端基开始，高相对分子质量聚合物因端基数目少，降解速度较低。子质量聚合物因端基数目少，降解速度较低。宽相对分子质量分布聚合物，低聚物比高聚物易于宽相对分子质量分布聚合物，低聚物比高聚物易于降解。降解。非晶态聚合物比晶态较易进行生物降解。低熔点高非晶态聚合物比晶态较易进行生物降解。低熔点高分子比高熔点高分子易于生物降解。分子比高熔点高分子易于生物降解。酯键、肽键易于生物降解，而酰胺键因为分子间氢酯键、肽键易于生物降解，而酰胺键因为分子间氢键难以生物分解。键难以生物分解。亲水高分子比疏水高分子易于生物降解。聚合物亲亲水高分子比疏水高分子易于生物降解。聚合物亲水性和疏水性链段对生物降解性影响也很大，研究发觉水性和疏水性链段对生物降解性影响也很大，研究发觉同时含有亲水性和疏水性链段聚合物比只有一个链段结同时含有亲水性和疏水性链段聚合物比只有一个链段结构聚合物更轻易生物分解。构聚合物更轻易生物分解。环状化合物难降解。环状化合物难降解。表面粗糙材料易降解。表面粗糙材料易降解。第11页常见高分子主链降解性常见高分子主链降解性第12页第13页高分子降解理论高分子降解理论高分子降解生物降解化学降解物理化学降解环境降解微生物酶作用降解氧化降解臭氧降解加水降解热降解光降解放射线降解超声波降解机械降解以上三大降解综合第14页降解形式降解形式无规断链解聚弱键分解取代基脱除第15页 可降解塑料作为高科技产品和环境保护产品正成为当今世界瞩目标研究开发烧点，而其中生物降解塑料能保持塑料特征，即使用中稳定性、各种应用性、易处理性以及经济性；在降解方面利用生物系统使塑料分子链主要成份发生断裂，其在塑料材料领域中有着辽阔前景。第16页最好能有实际例子。最好能有实际例子。第17页