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1、LOGO生物可降解材料生物可降解材料主讲人：雷雪主讲人：雷雪2023/1/2无机生物材料Contents生物降解材料概况生物降解材料概况1生物降解材料的种类与性能生物降解材料的种类与性能2生物降解材料的降解机理生物降解材料的降解机理3生物降解材料的应用范围生物降解材料的应用范围4面临的问题和解决办法面临的问题和解决办法6生物降解材料发展趋势生物降解材料发展趋势522023/1/2无机生物材料生物降解材料概况生物降解材料概况 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“
2、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。32023/1/2无机生物材料生物降解材料的种类与性能生物降解材料的种类与性能主要包括聚-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯等，它们同属于聚羟基烷酸酯(PHA)。其中，聚羟基丁酸是低毒材料，目前已被用于药物控释、缝合线和人工皮肤等。大多是在分子结构中引入酯基的脂肪族聚酯，其制备方法主要包括缩合聚合和开环聚合。由生物体内提取或自然环境中直接得到的一类大分子，具有良好的生物相容性和
3、可降解性，但机械性能较差。天然高分天然高分子可降解子可降解材料材料微生物合微生物合成的可降成的可降解材料解材料人工合成人工合成可降解材可降解材料料按照结构与组成，可分为天然按照结构与组成，可分为天然蛋白质、多糖及其衍生物，此蛋白质、多糖及其衍生物，此外还包括一些生物合成聚酯。外还包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白类、多糖类物质及典型的蛋白类、多糖类物质及其衍生物有胶原、胶、环糊精、其衍生物有胶原、胶、环糊精、淀粉、葡聚糖、壳壳糖、透明淀粉、葡聚糖、壳壳糖、透明质酸、纤维素、海藻酸衍生物、质酸、纤维素、海藻酸衍生物、硫酸软骨素和肝素等。硫酸软骨素和肝素等。但高分子量的聚酯，只能通过开但高分子量的聚
4、酯，只能通过开环聚合方法合成，因为缩聚反应环聚合方法合成，因为缩聚反应受反应程度和反应过程中产生的受反应程度和反应过程中产生的水的影响，很难获得高分子量的水的影响，很难获得高分子量的产物。目前已开发的主要产品有产物。目前已开发的主要产品有聚乳酸聚乳酸(PLA)、聚己内酯、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸、聚乙醇酸(PGA)、聚、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯琥珀酸丁二酯(PBS)等。等。42023/1/2无机生物材料生物降解材料的可降解机理生物降解材料的可降解机理由于生物细胞由于生物细胞增长而使聚合增长而使聚合物组分水解、物组分水解、电离或质子化电离或质子化
5、而发生机械性而发生机械性破坏，分裂成破坏，分裂成低聚物碎片低聚物碎片生物物生物物生物物生物物生物物生物物理作用理作用理作用理作用理作用理作用微生物侵蚀导微生物侵蚀导致材料分裂致材料分裂或氧化崩裂或氧化崩裂酶直接作酶直接作酶直接作酶直接作酶直接作酶直接作用用用用用用微生物对聚合微生物对聚合物作用而产生物作用而产生新物质新物质(CH4，CO2和和 H2O)生物化生物化生物化生物化生物化生物化学作用学作用学作用学作用学作用学作用生物降解材料的生物降解，是指生物降解材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
6、主要包括真菌、霉挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类，降解机理主要可分为菌或藻类，降解机理主要可分为3 3类：类：52023/1/2无机生物材料生物降解材料的应用范围生物降解材料的应用范围生物降解材料生物降解材料的应用范围的应用范围环保领域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医学领域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62023/1/2无机生物材料 生物降解材料发展趋势生物降解材料发展趋势聚羟基脂聚羟基脂肪酸酯肪酸酯淀粉淀粉聚乳酸聚乳酸聚己聚己内酯内酯聚丁二聚丁二酸丁二酸丁二醇酯醇酯五大热门可降解五大热门可降解材料材料近年来比较活跃近年来比较活跃最理想的生
7、物可降解材料是利用可再生资源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。这种生物材料可以被生物所重新利用，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纳入自然界的循环。72023/1/2无机生物材料 生物降解材料发展趋势生物降解材料发展趋势 淀粉及其衍生物因为生物降解性好，价格低廉而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、和木质素等，以及利用动物中的壳聚
8、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。究的热点之一。淀粉淀粉8淀粉淀粉应用用2023/1/2无机生物材料9环保玉米淀粉牙保玉米淀粉牙签 淀粉的用途十
9、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。生物降解材料发展趋势生物降解材料发展趋势 由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料，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它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性，和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗
10、透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和加工性。加工性。2023/1/2无机生物材料聚乳酸聚乳酸包装材料包装材料塑料型材、薄膜化工用无纺布药物物载体体组织工程工程支架材料 减少给药次数 和给药量10聚乳酸聚乳酸2023/1/2无机生物材料11聚乳酸聚乳酸应用用2023/1/2无机生物材料聚乳酸包装袋聚乳酸包装袋12聚乳酸聚乳酸应用用聚乳酸人造皮肤聚乳酸人造皮肤聚乳酸聚乳酸导管支架管支架2023/1/2无机生物材料13组织工程工程组织工程耳工程耳朵组织工程支架示意工程支架示意图2023/1/2无机生物材料142023/1/2无机生物材料生物降解材料存
11、在的主要问题生物降解材料存在的主要问题价格昂贵，不易推广应用价格昂贵，不易推广应用加工加工困难，尚未完全达到实用阶段困难，尚未完全达到实用阶段降解可控、回收利用等技术不足降解可控、回收利用等技术不足尚无统一评价方法和标准尚无统一评价方法和标准人工人工合成，工艺合成，工艺复杂复杂、性能不稳定、性能不稳定主要问题主要问题主要问题主要问题152023/1/2无机生物材料解决办法解决办法1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2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16LOGO