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1、环境材料学 环境降解材料环境降解材料 简述生物降解高分子材料简述生物降解高分子材料生物降解高分子材料的应用生物降解高分子材料的应用简述生物降解高分子材料简述生物降解高分子材料 二二.高分子材料的正负面影响：高分子材料的正负面影响：一一.高分子高分子-二十世纪崛起的材料巨人二十世纪崛起的材料巨人:19321932年高分子学科出现，年高分子学科出现，19351935年合成尼龙年合成尼龙6666。给人们的生活带来便利。给人们的生活带来便利。消耗大量的天然资源。消耗大量的天然资源。造成环境污染。造成环境污染。高分子材料使用高分子材料使用废弃后如何处理废弃后如何处理？国际上通常使用国际上通常使用三种方法
2、三种方法填埋？填埋？焚烧？焚烧？回收再利用？回收再利用？占用大量土地，占用大量土地，造成土壤劣化。造成土壤劣化。产生有害气体，产生有害气体，造成二次污染。造成二次污染。难度大、成本高。难度大、成本高。所以，既要保证人们的生活品质又要减少环境污染，人们必须从源头做起，大力开发和推广环境可降解高分子原料，这是治标治本的好方法，符合当今高分子材料绿色化的潮流。1.1.概念：指高分子材料在一定的条件下概念：指高分子材料在一定的条件下会自会自动分解、消失。分解、消失。2.2.原因：高分子材料的化学结构发生显原因：高分子材料的化学结构发生显 著的变化，造成某些性能下降，著的变化，造成某些性能下降，能被生物
3、体侵蚀或代谢而降解能被生物体侵蚀或代谢而降解。三三.高分子材料的降解性：高分子材料的降解性：（3 3）微生物吸收或消耗碎片，经代谢最）微生物吸收或消耗碎片，经代谢最 终形成二氧化碳和水等。终形成二氧化碳和水等。3.3.过程过程（1 1）高分子材料的表面被微生物粘附。）高分子材料的表面被微生物粘附。（2)2)在微生物分泌的酶的作用下，高分在微生物分泌的酶的作用下，高分 子断裂成相对小的分子碎片。子断裂成相对小的分子碎片。在微生物的作用下，高分子仅能被在微生物的作用下，高分子仅能被分解为散乱碎片。分解为散乱碎片。4.4.生物降解高分子的分类：生物降解高分子的分类：（1 1）完全生物降解高分子完全生
4、物降解高分子在微生物作用下，在一定时间里完全在微生物作用下，在一定时间里完全分解成二氧化碳和水的化合物。分解成二氧化碳和水的化合物。（2 2）生物破坏性高分子生物破坏性高分子5.5.高分子高分子结构与降解性的关系构与降解性的关系易降解高分子结构易降解高分子结构难降解高分子结构难降解高分子结构表面粗糙表面粗糙表面光滑表面光滑直链直链侧链、支链、交联侧链、支链、交联柔软柔软晶态晶态脂肪族脂肪族芳香族芳香族低相对分子量低相对分子量高相对分子量高相对分子量亲水性亲水性疏水性疏水性（1 1）掺混型：在普通高分子材料中掺混型：在普通高分子材料中掺入易被分解的物质。掺入易被分解的物质。（2 2）结构型：使高
5、分子材料中形成具）结构型：使高分子材料中形成具有被微生物分解的结构。有被微生物分解的结构。6.6.使高分子材料更具降解性使高分子材料更具降解性 一一.在环境领域中的应用在环境领域中的应用 生物降解高分子的应用生物降解高分子的应用在普通高分子材料中加入改性淀粉，在普通高分子材料中加入改性淀粉，其材料可生物降解。其材料可生物降解。鱼网鱼网有机酸有机酸分解酶分解酶微生物微生物氧气氧气二氧化碳二氧化碳水水地膜地膜地下地膜分子量和强度下降地下地膜分子量和强度下降50%。保温效果好。保温效果好。60天左右出现裂纹。天左右出现裂纹。80-90天出现大裂崩解。天出现大裂崩解。三个月后失重率达三个月后失重率达6
6、0-80%。当年，地表地膜降解为粉末状。当年，地表地膜降解为粉末状。最终被微生物吞噬，放出二氧化最终被微生物吞噬，放出二氧化碳和水，对土壤和作物无毒无害。碳和水，对土壤和作物无毒无害。容器包装材料容器包装材料目前使用较多的就目前使用较多的就是现有包装材料是现有包装材料（聚乙烯、聚丙烯）（聚乙烯、聚丙烯）中加入淀粉等生物中加入淀粉等生物降解剂使其容易降降解剂使其容易降解。解。2002年春，大日精年春，大日精化工业公司开发了化工业公司开发了可生物降解墨。该可生物降解墨。该商品系采用专用有商品系采用专用有机颜料机颜料,和天然衍生和天然衍生物材料（作添加剂）物材料（作添加剂）配制而成，其功能配制而成，
7、其功能几乎与传统的照相几乎与传统的照相印刷墨相当。印刷墨相当。油墨、颜料油墨、颜料冷冷却却后后有有足足够够的的强强度度，保保持持长长久不变形。久不变形。可降解自由树脂的塑料。可降解自由树脂的塑料。放在放在600C热水里软化成一团。热水里软化成一团。可以加工成各种形状的玩具。可以加工成各种形状的玩具。玩具玩具吸水材料吸水材料发动机发动机油料油料生物医用高分子材料的分生物医用高分子材料的分类生物降解型生物降解型非降解型非降解型包括包括要求要求用途用途聚乙烯、聚丙烯、芳香聚乙烯、聚丙烯、芳香胶原、纤维素、聚氨胶原、纤维素、聚氨酸脂、聚硅氧烷等长期酸脂、聚硅氧烷等长期保持稳定，不发生降解保持稳定，不发
8、生降解具有良好的机械性能具有良好的机械性能氨基酸、甲壳素等降解产物氨基酸、甲壳素等降解产物能被机体正常吸收、利用或能被机体正常吸收、利用或排出体外排出体外人体软、硬组织修复体人体软、硬组织修复体，人工器官粘合剂，管，人工器官粘合剂，管腔等的制造腔等的制造药物释放、送达载体、非永药物释放、送达载体、非永久性植入装置久性植入装置二二.在医学领域中的应用在医学领域中的应用医用生物降解高分子材料，被植入人医用生物降解高分子材料，被植入人体后，不能够依靠手术将其取出。体后，不能够依靠手术将其取出。外科手术缝合线外科手术缝合线。骨固定材料（骨钉、固定板）。骨固定材料（骨钉、固定板）。人造皮肤人造皮肤。组织
9、或器官修复需要至少要半年以上。组织或器官修复需要至少要半年以上。降解速度必须与组织部位的生长降解速度必须与组织部位的生长修复速度相一致。修复速度相一致。皮膜组织修复需要皮膜组织修复需要310日；日；内脏组织修复需要内脏组织修复需要1530日；日；骨修复需要骨修复需要12月；月；关节修复需要关节修复需要23月；月；人造皮肤人造皮肤骨固定材料骨固定材料骨折接合骨折接合外科手术缝合线外科手术缝合线药物载体药物载体组织胶粘剂组织胶粘剂甲壳质是从海洋甲壳类动物中提取的动甲壳质是从海洋甲壳类动物中提取的动物性纤维，是纯天然活性物质，无毒副物性纤维，是纯天然活性物质，无毒副作用，对人体有良好的亲和性，可螯合
10、作用，对人体有良好的亲和性，可螯合重金属，被广泛应用于各行业。利用甲重金属，被广泛应用于各行业。利用甲壳胺的天然活性，用它作原料制成的人壳胺的天然活性，用它作原料制成的人工皮肤，在临床使用中反应很好。工皮肤，在临床使用中反应很好。人造皮肤人造皮肤微生物合成降解塑料n n微生物合成生物降解塑料是微生物把某些有机物微生物合成生物降解塑料是微生物把某些有机物作为食物源，通过生命活动合成的高分子化合物。作为食物源，通过生命活动合成的高分子化合物。这类生物降解塑料以这类生物降解塑料以PHAPHA类为多，类为多，PHAPHA是由微生是由微生物通过各种炭源发酵而合成的不同结构的脂肪族物通过各种炭源发酵而合成
11、的不同结构的脂肪族共聚聚酯。其中最常见的有共聚聚酯。其中最常见的有PHB,PHVPHB,PHV及及PHBVPHBV。化学合成降解塑料n n化学合成法合成的生物降解塑料大多是在分子结构中引化学合成法合成的生物降解塑料大多是在分子结构中引入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯，具有代入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯，具有代表性的产品有表性的产品有PCL,PBSPCL,PBS和和PLAPLA等。等。n nPCLPCL生物降解性优良，其生物降解速度仅次于生物降解性优良，其生物降解速度仅次于PHBPHB和纤维和纤维素。素。PCLPCL熔点低熔点低(63C)(63C)，难以加工，但与多种树脂具有
12、，难以加工，但与多种树脂具有良好的相容性。良好的相容性。n nPBSPBS具有良好的热稳定性和较高的分子量，将其与熔点具有良好的热稳定性和较高的分子量，将其与熔点较高的芳香族聚醋等共聚而制得比普通较高的芳香族聚醋等共聚而制得比普通PBSPBS熔点高又能熔点高又能保留其原来生物降解性的共聚降解塑料。保留其原来生物降解性的共聚降解塑料。n nPLAPLA是一种无毒、无刺激性、强度高、加工性能优异的是一种无毒、无刺激性、强度高、加工性能优异的透明坚硬热塑性塑料。透明坚硬热塑性塑料。天然高分子共混降解塑料n n自然界的动植物体内存在着大量的多糖类物质，自然界的动植物体内存在着大量的多糖类物质，它们都是易被生物降解的天然高分子化合物，有它们都是易被生物降解的天然高分子化合物，有可能用来制造生物降解塑料。天然高分子共混降可能用来制造生物降解塑料。天然高分子共混降解塑料的主要原料是解塑料的主要原料是淀粉、纤维素、甲壳素和蛋淀粉、纤维素、甲壳素和蛋白质白质等。等。n n淀粉和纤维素塑料淀粉和纤维素塑料 n n甲壳素塑料甲壳素塑料n n蛋白质塑料蛋白质塑料谢谢！