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生物可降解材料
2018/8/17
Contents
1 2 生物降解材料概况 生物降解材料的种类与性能 生物降解材料的降解机理 生物降解材料的应用范围 生物降解材料发展趋势 面临的问题和解决办法
2 无机生物材料
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生物降解材料概况
生物降解材料是20世纪80年代后随着环境、能源等矛盾 的凸显而发展起来的新型材料，作为一种可自然降解的材料， 在环保方面起到了独特的作用，其研究和开发已得到迅速发展， 作为解决“白色污染”最为有效的途径，已引起环境专家、材 料学家及更多领域人士的关注。 据美国ASTM（材料和实验协会）定义：生物降解材料是 在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物作用下能发生化学、 生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。
由于生物细胞 增长而使聚合 物组分水解、 电离或质子化 而发生机械性 破坏，分裂成 低聚物碎片 微生物对聚合 物作用而产生 新物质(CH4 ，CO2和 H2O)
微生物侵蚀导 致材料分裂 或氧化崩裂
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无机生物材料
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生物降解材料的应用范围
生物降解材料 的应用范围
环保领域
水资源环境领域 食品容器和包装 行业 农林业方面
聚丁二 酸丁二 醇酯
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生物降解材料发展趋势
淀粉
淀粉及其衍生物因为生物降解性好，价格低廉而 被改性作为填充塑料的重点，并且其接枝物在很多方 面具有广泛的应用前景。利用植物中的淀粉、纤维素 和木质素等，以及利用动物中的壳聚糖、氨基葡聚糖、 动物胶，以及海洋生物的藻类等，可制造有价值的生 物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物则可以做为完 全生物降解型聚合物。因而，将淀粉改性后，与聚己 内酯等生物合成的降解聚合物共混，以此来提高材料 的降解性和力学性能，已经成为当前生物降解材料研 究的热点之一。
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生物降解材料的种类与性能
但高分子量的聚酯，只能通过 天然高分 微生物合 人工合成 开环聚合方法合成，因为缩聚 子可降解 成的可降 可降解材 反应受反应程度和反应过程中按照结构与组成，可分为天 材料 解材料 料 然蛋白质、多糖及其衍生物， 产生的水的影响，很难获得高 分子量的产物。目前已开发的此外还包括一些生物合成聚 酯。典型的蛋白类、多糖类 主要产品有聚乳酸 主要包括聚 β-羟基丁 由生物体内提(PLA)、聚 大多是在分子 物质及其衍生物有胶原、胶、 (PHB)、聚羟基 己内酯取或自然环境 (PCL)、聚乙醇酸 酸酯 结构中引入酯 戊酸酯等，它们同属 环糊精、淀粉、葡聚糖、壳 (PGA) 、聚乙醇酸交酯、聚丙 中直接得到的 基的脂肪族聚 于聚羟基烷酸酯 壳糖、透明质酸、纤维素、 一类大分子， 醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯 (PHA)。其中，聚羟 酯，其制备方 海藻酸衍生物、硫酸软骨素 具有良好的生 (PBS)等。 基丁酸是低毒材料， 法主要包括缩 物相容性和可 和肝素等。 目前已被用于药物控 合聚合和开环
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对利用生物质原料 生产生物降解塑料 的企业，国家考虑 采用低息贷款政策、 技术改造专项贷款、 信用担保政策等来 鼓励产业发展
3
为促进行业发展应 制定关税优惠税率。 为鼓励和扶持一些 企业的发展，可以 按照新的企业所得 税条例规定减免优 惠政策
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医学领域
外科手术缝合线 药物缓释剂 骨固定材料 人造皮肤
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生物降解材料发展趋势
近年来比较活跃
淀粉
聚乳酸
最理想的生物可降解材料是利用可再生 五大热门可降 资源，即利用生物合成的方法得到的生 聚羟基脂 解材料 物材料。这种生物材料可以被生物所重 肪酸酯 新利用，能够降解，产物最好是二氧化 碳和水，从而使这种材料的生产和使用 聚己 纳入自然界的循环。 内酯
8 无用
淀粉的用途十分广泛, 可制作粘胶,塑料,食品等 多种产品。如名菜猪肉炖 粉条是用红薯淀粉做的， 龙口粉丝是用绿豆淀粉做 的。淀粉牙签一般是用玉 米和绿豆的淀粉制成。 淀粉牙签经济环保， 能避免大量森林资源被砍 伐，它是国际绿色工业浪 潮的必然产物，具有很强 的市场潜力和竞争力。
价格昂贵，不易推广应用
加工困难，尚未完全达到实用阶段
主要问题
降解可控、回收利用等技术不足 尚无统一评价方法和标准 人工合成，工艺复杂、性能不稳定
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解决办法
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对生物降解塑料产 品的应用和发展采 取补贴政策，包括 中央政府补贴和地 方政府补贴。中央 财政可采用科技攻 关资金、贴息等补 贴方式
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环保玉米淀粉牙签
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生物降解材料发展趋势
聚乳酸
• 塑料型材、薄膜 包装材料 • 化工用无纺布 由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料，
它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而 • 减少给药次数 得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性 药物载体 和给药量 和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性， 同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和 加工性。 组织工程 • 支架材料
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聚乳酸
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聚乳酸应用
聚乳酸包装袋
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聚乳酸应用
聚乳酸人造皮肤 聚乳酸导管支架
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组织工程
组织工程耳朵 组织工程支架示意图
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生物降解材料存在的主要问题
降解性，但机 械性能较差。
释、缝合线和人工皮 肤等。
聚合。
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生物降解材料的可降解机理
生物降解材料的生物降解，是指生物降解材 料在生物作用下发生降解、同化的过程。发 挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉 生物物 菌或藻类，降解机理主要可分为 生物化3类： 理作用 学作用 酶直接作 用