第七章 生物可降解高分子材料参考幻灯片
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功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
力学性能
硬度
光敏高分子材料通常具有一定的硬度 ，能够抵抗外部压力和摩擦力，保持 稳定的性能。
韧性
耐磨性
良好的耐磨性使光敏高分子材料能够 在长期使用中保持表面的光滑度和清 晰度。
光敏高分子材料具有一定的韧性，能 够在承受冲击和弯曲时保持完整性。
电学性能
导电性
部分光敏高分子材料具有导电性，能够传输电荷，在电场作用下 产生电学响应。
目前，研究者们正在研究如何通过合成新型的环境友好型光敏高分子材料，以实现 环保和可持续发展的目标。
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电致变色
一些光敏高分子材料在电场作用下能够发生颜色变化，从而实现 电致变色效应。
光导电性
一些光敏高分子材料在光的照射下能够导电，具有光导电性，可 用于光电转换器件。
04 光敏高分子材料的发展趋 势与挑战
新材料开发
新型光敏高分子材料的研发
随着科技的不断进步，新型光敏高分子材料不断涌现，如聚合物分散液晶、聚合 物稳定液晶等，这些新材料具有更高的光敏性能和稳定性，为光敏高分子材料的 应用拓展提供了更多可能性。
高性能光敏高分子材料
高性能光敏高分子材料是指具有 优异性能的光敏高分子材料，如 高感度、高分辨率、快速响应等
。
这类材料在光电子、生物医学、 信息存储等领域具有广泛的应用
前景。
目前，研究者们正在不断探索新 型的高性能光敏高分子材料，以 提高其性能并拓展其应用领域。
多功能性光敏高分子材料
01
多功能性光敏高分子材料是指具有多种功能的光敏 高分子材料，如光、电、磁等多功能一体化。
生物医学应用
光敏高分子材料在生物医学领域的应用不断拓展。利用光敏高分子材料的感光性质，可以实现光动力治疗、光热 治疗等新型治疗方法，为肿瘤治疗、皮肤病治疗等领域提供新的治疗手段。同时，光敏高分子材料还可以应用于 药物控制释放、生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和手段。
聚乳酸PLA生物可降解材料ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
7聚乳酸材料的发展前景
2024/8/6
简而言之：发展前景广阔
国内 追求 国外
环保 绿色 可再生 低能耗 可持续
PLA
17
4PLA的体外降解
聚乳酸的分解有两个阶段：经水解反应分解之后再靠微生物 分解
在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定的酯键水解 而成低聚物，然后，微生物进入组织物内，将其分解成二氧 化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高湿度），水解反应可 轻易完成，分解的速度也较快。在不容易产生水解反应的环 境下，分解过程是循序渐进的。
2 聚乳酸降解概述
2024/8/6
聚乳酸(PLA)属于线型热塑性生物可降 解脂肪族聚酯。
以玉米、小麦、木薯等一些植物中提 取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡 萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后 经过化学合成得到高纯度聚乳酸。
聚乳酸制品废弃在土壤或水中，47天 内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻 底分解成CO2和H2O，成为植物光合作用 的原料，不会对环境产生污染，因而是 一种完全自然循环型的可生物降解材料 。
乳酸大量存在时，会导致人体内环境稳态的丧失，尤其是固有的酸碱平衡将被
打破，轻则代谢紊乱，重则危及生命，因此，人体内必须消除乳酸。 直接氧化分解为CO２和H２O
在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其它组织细胞能摄取血液中的乳酸，在 乳酸脱氢酶的作用下，将乳酸转变成丙酮酸，然后进入线粒体被彻底氧化分解 ，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通过呼吸道、大小便、汗液排除体外。
降解的主要方式：本体侵蚀。
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后，首先发生材料吸水。 水性介质渗入聚合物基质，导致聚合物分子链松弛，酯键开始初 步水解，分子量降低，逐渐降解为低聚物。
生物降解高分子材料.26页PPT
生物降解高分子材料.
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢！
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢！
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
生物可降解高分子ppt
生物降解高分子材料
040102黄演 040108杨文丽
高分子降解性概念
ASTM（American Society for Testing and Materials）定义：
生物降解高分子材料是指通过自然界 微生物（细菌、真菌等）作用而发生降解 的高分子。
一般来说，生物降解高分子指的是在 生物或生物化学作用过程中或生物环境中 可以发生降解的高分子。
高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，而酰胺键由于分子间的
氢键难以生物分解。
▪
亲水高分子比疏水高分子易于生物降解。聚合物的
亲水性和疏水性链段对生物降解性的影响也很大，研究
发现同时含有亲水性和疏水性的链段的聚合物比只有一
种链段结构聚合物更容易生物分解。
▪
环状化合物难降解。
▪
表面粗糙的材料易降解。
降解过程
▪ 生物化学作用 1） 高分子材料的表面被微生物黏附，微生物黏 附表面的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的影响。 2） 高分子在微生物分泌的酶作用下，通过水解 和氧化的反应将高分子断裂成为低相对分子质量的 碎片。 3） 微生物吸收或消耗的碎片一般相对分子质量 低于500，经过代谢最终形成CO2、H2O等。
常见高分子主链的降解性
HOOC [
O C O CH2CH2 ]n OH
OH HOOC [ (CH2)4 C N (CH2)6 ]n NH2
聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂） 聚己二酰己二胺（尼龙—66）
OH H2N [ (CH2)6 C N ]n (CH2)6 COOH
HO OCN [ (CH2)6 N C O (CH2)4 ]n OH
可降解塑料作为高科技产品和环保产 品正成为当今世界瞩目的研究开发热点， 而其中生物降解塑料能保持塑料特性，即 使用中的稳定性、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 使塑料分子链的主要成分发生断裂，在塑 料材料领域中有着广阔的前景。
040102黄演 040108杨文丽
高分子降解性概念
ASTM（American Society for Testing and Materials）定义：
生物降解高分子材料是指通过自然界 微生物（细菌、真菌等）作用而发生降解 的高分子。
一般来说，生物降解高分子指的是在 生物或生物化学作用过程中或生物环境中 可以发生降解的高分子。
高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，而酰胺键由于分子间的
氢键难以生物分解。
▪
亲水高分子比疏水高分子易于生物降解。聚合物的
亲水性和疏水性链段对生物降解性的影响也很大，研究
发现同时含有亲水性和疏水性的链段的聚合物比只有一
种链段结构聚合物更容易生物分解。
▪
环状化合物难降解。
▪
表面粗糙的材料易降解。
降解过程
▪ 生物化学作用 1） 高分子材料的表面被微生物黏附，微生物黏 附表面的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的影响。 2） 高分子在微生物分泌的酶作用下，通过水解 和氧化的反应将高分子断裂成为低相对分子质量的 碎片。 3） 微生物吸收或消耗的碎片一般相对分子质量 低于500，经过代谢最终形成CO2、H2O等。
常见高分子主链的降解性
HOOC [
O C O CH2CH2 ]n OH
OH HOOC [ (CH2)4 C N (CH2)6 ]n NH2
聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂） 聚己二酰己二胺（尼龙—66）
OH H2N [ (CH2)6 C N ]n (CH2)6 COOH
HO OCN [ (CH2)6 N C O (CH2)4 ]n OH
可降解塑料作为高科技产品和环保产 品正成为当今世界瞩目的研究开发热点， 而其中生物降解塑料能保持塑料特性，即 使用中的稳定性、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 使塑料分子链的主要成分发生断裂，在塑 料材料领域中有着广阔的前景。
第七章生物可降解塑料(共94张PPT)
但可以作为寻求新的菌种和开发更有效的培养方法的途径。
33
34
3、气体H2/CO2/O2
真养产碱杆菌等一些爆鸣气细菌能利用H2/CO2/O2产生PHB，其
中H2作为能源，CO2是碳源。
以H2作为基质按其价格和产率而言(见表1)在经济上是划 算的，且H2又是一种干净的可再生资源。可以同时解决 两个严重的环境污染问题：温室效应及废弃的非降解塑 料对生态环境的危害。
17
思考题
含有PHAs的微生物能通过什么染料鉴别？ 能利用糖蜜生产PHB的最有效菌株是什么？ 工业生产PHAs的微生物菌种需要考虑哪些因素
？ 目前报道利用葡萄糖基质生产PHB的最高记录是
多少？ 一般发酵过程分为哪两个阶段？
18
PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
25
英国ICI公司进行考察，发现：
ICI——Imperial Chemical Industries帝国化学工业公司
固氮菌：产生多糖，PHB的比产率降低，技术问题。 甲基营养菌：PHB产率中等。 真养产碱杆菌：生长快，易培养、胞内PHB含量高、聚
合物分子量大并能利用各种较经济的能源。
最终选择了——
降低成本，用合成培养基培养35h，细胞浓度为71.4g/L ，PHB干重22.8％。即 在合成培养基上不能大量积累 PHB（乙酰CoA不足）。
在合成培养基上加有机氮源，改进方法，细胞浓度达 116g/L，PHB干重达62.2％。
31
蔗糖和糖蜜
带有稳定高拷贝数的pSYL104质粒的重组 能利
用蔗糖生产PHB。
➢ 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物——P(3HB-co-3HV)或 PHBV
33
34
3、气体H2/CO2/O2
真养产碱杆菌等一些爆鸣气细菌能利用H2/CO2/O2产生PHB，其
中H2作为能源，CO2是碳源。
以H2作为基质按其价格和产率而言(见表1)在经济上是划 算的，且H2又是一种干净的可再生资源。可以同时解决 两个严重的环境污染问题：温室效应及废弃的非降解塑 料对生态环境的危害。
17
思考题
含有PHAs的微生物能通过什么染料鉴别？ 能利用糖蜜生产PHB的最有效菌株是什么？ 工业生产PHAs的微生物菌种需要考虑哪些因素
？ 目前报道利用葡萄糖基质生产PHB的最高记录是
多少？ 一般发酵过程分为哪两个阶段？
18
PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
25
英国ICI公司进行考察，发现：
ICI——Imperial Chemical Industries帝国化学工业公司
固氮菌：产生多糖，PHB的比产率降低，技术问题。 甲基营养菌：PHB产率中等。 真养产碱杆菌：生长快，易培养、胞内PHB含量高、聚
合物分子量大并能利用各种较经济的能源。
最终选择了——
降低成本，用合成培养基培养35h，细胞浓度为71.4g/L ，PHB干重22.8％。即 在合成培养基上不能大量积累 PHB（乙酰CoA不足）。
在合成培养基上加有机氮源，改进方法，细胞浓度达 116g/L，PHB干重达62.2％。
31
蔗糖和糖蜜
带有稳定高拷贝数的pSYL104质粒的重组 能利
用蔗糖生产PHB。
➢ 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物——P(3HB-co-3HV)或 PHBV
高分子化学ppt幻灯片课件
产业的发展。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
生物可降解高分子材料
生物可降解高分子材料
生物可降解高分子材料是一种在多年的发展中被越来越多地采用的材料，它具有良好
的可降解性能，而且没有环境污染。
生物可降解材料一般都是指通过有机物质，如细菌、
酵母等，用生物酶受体产生和降解可生物降解的高分子材料。
生物可降解高分子材料的主要原料可以分为葡萄糖类和植物油脂类两大类，葡萄糖类
材料主要来源于玉米、大豆等蛋白质类植物，如羟基玉米淀粉；植物油脂类材料主要来源
于油料豆类植物，如棉籽、玉米籽等。
生物可降解高分子材料可以通过有机物质，如细菌、酵母等，催化发生降解，产生CO2和H2O，不会产生废料污染环境。
今天，生物可降解高分子材料主要应用于食品包装、医疗、地膜、种植培养板、耕作
层及各种收集装置。
聚乳酸（PLA）是一种绿色、可降解和可生物降解的高分子材料，是
生物可降解高分子材料中最经典的材料之一。
同时，由于它具有乳白色、柔软的性能、抗
静电的性能以及耐温性，因此也可以用于汽车内饰，电子产品和家具等方面的应用。
总之，随着我们对环境及社会的日益重视，生物可降解高分子材料的使用将越来越多，取得越来越好的结果。
它可以有效地帮助我们去减少环境污染，保护我们的环境，提高我
们生活的品质。
生物可降解高分子材料
2020/7/23
从来源看天然可降解高分子材料的前景
天然高分子和常见例子如表一所示，这些 物质作为动植物的构成以及保护体，同时 也是生命、生理过程的重要功能物质，而 且大都可以由自然界中既存的微生物分解 成低分子化合物。
具有商业应用价值的天然高分子生物可降 解材料主要有淀粉、植物纤维、壳聚糖、 胶原蛋白等，其中尤其以改性后的淀粉塑 料最为重要。
2020/7/23
典型生物可降解高分子材料
淀粉塑料
2020/7/23
• 淀粉的基本性质
由六元环状葡萄糖重复单元构成。 葡萄糖单元是由a-1,4键连接而成，其构象为无规线团 ，大多数淀粉有很高的支化结构，称为支链淀粉；而直链 淀粉主要由线性高分子构成。 在普通淀粉颗粒中大约含有20%的直链淀粉和80%的 支链淀粉。直链淀粉是结晶性的聚合物，能溶于沸水中， 而支链淀粉则不溶。
表二：从分子结构看合成高分子的可降解性
高分子类型
主链键合形式
降解产物
聚酯 聚醚
—C—COO—C— —C—O—C—
—COOH + HO—C— —C—OH + HO—C—
聚氨酯 —C—O—CO—NH—C— —C—OH + CO2 + H2N—C—
聚酰胺
—C—CO—NH—C— —C—C—CO—OH + H2N—C—
2020/7/23
Utilizing renewable resources is a prerequisite for a sustainable society. One easily available renewable carbon resource is carbon dioxide (CO2), which has the advantages of being nontoxic, abundant, and economical (Scheme 1).
从来源看天然可降解高分子材料的前景
天然高分子和常见例子如表一所示，这些 物质作为动植物的构成以及保护体，同时 也是生命、生理过程的重要功能物质，而 且大都可以由自然界中既存的微生物分解 成低分子化合物。
具有商业应用价值的天然高分子生物可降 解材料主要有淀粉、植物纤维、壳聚糖、 胶原蛋白等，其中尤其以改性后的淀粉塑 料最为重要。
2020/7/23
典型生物可降解高分子材料
淀粉塑料
2020/7/23
• 淀粉的基本性质
由六元环状葡萄糖重复单元构成。 葡萄糖单元是由a-1,4键连接而成，其构象为无规线团 ，大多数淀粉有很高的支化结构，称为支链淀粉；而直链 淀粉主要由线性高分子构成。 在普通淀粉颗粒中大约含有20%的直链淀粉和80%的 支链淀粉。直链淀粉是结晶性的聚合物，能溶于沸水中， 而支链淀粉则不溶。
表二：从分子结构看合成高分子的可降解性
高分子类型
主链键合形式
降解产物
聚酯 聚醚
—C—COO—C— —C—O—C—
—COOH + HO—C— —C—OH + HO—C—
聚氨酯 —C—O—CO—NH—C— —C—OH + CO2 + H2N—C—
聚酰胺
—C—CO—NH—C— —C—C—CO—OH + H2N—C—
2020/7/23
Utilizing renewable resources is a prerequisite for a sustainable society. One easily available renewable carbon resource is carbon dioxide (CO2), which has the advantages of being nontoxic, abundant, and economical (Scheme 1).
可降解材料PPT课件
中国环保 环境监理 中国环境标志 中国节水标志
中国节能 产品标志
绿色食品标志 回收标志 全球环保标章
淀粉添加剂
生物降解 天然大分子
合成聚合物
降解高分子
光降解
添加光敏剂型 化学合成
光生物双降解
氧化降解
复合降解
(1)生物降解高分子
生物降解高分子材 料是指在自然界微生物 或人体及动物体内的组 织细胞、酶和体液的作 用下,可使其化学结构 发生变化,致使分子量 下降及性能发生变化的 高分子材料。
• 特点：热可塑性。 • 热塑性树脂有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯
（PS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET 等）、ABS树脂、聚甲醛（POM）、聚砜（PSF）、聚氯 乙烯等。热固性树脂有酚醛和脲醛树脂，环氧树脂，氟树 脂，不饱和聚酯和聚胺酯、 呋喃树脂、三聚氰胺甲醛树 脂、丁苯树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等
3．白色污染的危害
塑料垃圾中，一次性塑料袋、塑料饭盒占60％。塑料垃圾 增长最明显的是闹市区和消费水平较高的生活区。
• 长江葛洲坝岸边漂浮堆积的“白色垃圾”，足容得下多人站立而 不下沉。目前，长江上游顺江而下的大量“白色垃圾”不仅严重 污染水面，也给葛洲坝水电站和在建的三峡水利枢纽未来的运行
发电带来严重安全隐患。清理这些“白色垃圾”迫在眉睫。
非生物降解合成材料尤其是塑料包装材料在废弃后会给 环境带来极大的负面影响，即造成所谓的“白色污染”。 据报道，塑料正以每年2500万吨的速度在自然界中堆 积。如何对付“白色污染”成为了人们普遍关注的问题。
三、白色污染
2．白色污染的原因
• 90年代初高分子化学家指出C—C键不能酶解与 水解，要断键除非光解与氧化聚乙烯实际上只是 成为碎片留存于土壤中。因此开发完全可生物降 解材料成为一个新的课题。
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表一：天然高分子的分类和常见例子
天然 高分 子
天
天
然
然
多
纤
糖
维
天
天
天
然
然
然
蛋
树
橡
白
胶
胶
植
动
植
动
矿
动
卵
种
天
物
物
物
物
物
物
白
子
松
然
多
多
纤
纤
纤
蛋
蛋
蛋
香
乳
糖
糖
维
维
维
白
白
白
胶
淀 粉
甲 壳 素
棉 、 麻 等
毛、 蚕丝 等
石 棉 等
胶 原 蛋 白
白 朊
大 豆 蛋 白
图1 淀粉颗粒的扫描电子显微镜照片： (a) 普通 的玉米淀粉；(b)小麦淀粉。
接枝改性就是在淀粉骨架上引入大分子链，按照 方式可分为接枝聚合和衍生反应。淀粉接枝改性 主要为提高共混体系的使用性能或作为增容剂来 增加淀粉和共聚物的相间结合力。
所谓小分子改性就是低分子量物质与淀粉的羟基 反应，使淀粉带上官能团。常见的小分子改性淀 粉有烯丙基淀粉和乙酰化淀粉等。
将热淀粉与其它材料共混，既可以提高淀粉的耐 水性和力学强度，又大大简化了材料的制备过程。 常见的可与淀粉共混的材料有不可降解的合成高 分子，可降解的合成高分子，天然高分子以及天 然无机物等。
高分子类型
主链键合形式
降解产物
聚酯 聚醚
—C—COO—C— —C—O—C—
—COOH + HO—C— —C—OH + HO—C—
聚氨酯 聚酰胺
—C—O—CO—NH—C—
—C—OH + CO2 + H2N—C—
—C—CO—NH—C—
—C—C—CO—OH + H2N—C—
典型生物可降解高分子材料
淀粉塑料
淀粉主要存在形式
以细颗粒的形式存在于植物中，植物的种类和基因背
景不同，所含颗粒的尺寸、形态、组成会有很大的不同。
动植物吸收淀粉的方式
植物和动物利用微生物产生的内淀粉酶和外 淀粉酶来分解和吸收淀粉。
内淀粉酶一般只分解直链淀粉和支链淀粉上 的乙缩醛键，对支化点却不起作用；
许多外淀粉酶不仅能水解主链，而且能水解 支化点。
淀粉作为可降解材料的优缺点 优点：来源丰富、价格低廉、生物降
解性好。
缺点：强极性、强结晶性、热塑性差、 加工困难 、极强的亲水性 、耐候性差。
淀粉系列生物降解塑料
目前，淀粉塑料产量在众多品种的生物降解塑料中居首位， 占总量的2/3以上，我国建成的降解塑料生产线绝大多数 是生产填充型淀粉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料和双降解淀粉塑料。
从来源看天然可降解高分子材料的前景
天然高分子和常见例子如表一所示，这些物质作 为动植物的构成以及保护体，同时也是生命、生 理过程的重要功能物质，而且大都可以由自然界 中既存的微生物分解成低分子化合物。
具有商业应用价值的天然高分子生物可降解材料 主要有淀粉、植物纤维、壳聚糖、胶原蛋白等， 其中尤其以改性后的淀粉塑料最为重要。
可与淀粉共混的可降解合成高分子主要有聚乙烯 醇(PVA)和聚酯类聚合物等。由于PVA与淀粉、 纤维素结构有一定的相似性，因此PVA可以方便 地与淀粉、再生纤维素等共混以改善它们的物理 机械性能，从而制备出可完全生物降解的材料。 淀粉和聚乙烯-乙烯醇共混物有着良好的机械性能， 其加工性能可与聚苯乙烯（PS）以及线性低密度 聚乙烯相媲美，但主要缺陷是对低湿条件敏感， 易脆化。
由于淀粉分子链上含有大量羟基，所以淀粉亲水 性良好并表现出类似于醇的性质。这种性质一方 面使其在在反应性混合时显得必要，但同时又使 它呈现出对水敏感、难于加工以及韧性差等缺点。 为了扩大淀粉的应用范围，就迫切需要对其进行 改性。
由于淀粉的分解温度低于其熔解温度，所以淀粉必须经塑 化以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化剂，这些塑 化剂会和淀粉的分子形成氢键以削弱淀粉分子间的氢键作 用从而改善其力学性能和加工性能。常用的塑化剂有小分 子多元醇等。
淀粉的基本性质
由六元环状葡萄糖重复单元构成。
葡萄糖单元是由a-1,4键连接而成，其构象为无规线 团，大多数淀粉有很高的支化结构，称为支链淀粉；而直 链淀粉主要由线性高分子构成。
在普通淀粉颗粒中大约含有20%的直链淀粉和 80%的支链淀粉。直链淀粉是结晶性的聚合物，能溶于 沸水中，而支链淀粉则不溶。
提高淀粉的耐水性能，降低其降解速率以及改善湿环境下 这类材料的力学性能的另外一种有效方法是交联。交联就 是在交联剂存在的情况下使共混物中的羟基和其它活性基 团反应。最近通过微波辅助在固态下也实现了玉米淀粉的 交联。另外加入光敏剂与淀粉及其衍生物共混，用紫外光 照射时间来控制交联度的技术也有报道。高度交联后，淀 粉共混体系耐水性明显提高，材料硬化、韧性下降。在实 际应用中交联度通常控制在较低水平以兼顾体系的各项性 能。
与淀粉共混的可降解聚酯类化合物有聚ε-己内酯 (PCL)和聚乳酸(PLA)等。尽管PCL价格较低，但 是其和淀粉间的相容性却很差。提高淀粉与PCL 共混体系相容性的最简单的方法是加入增容剂来 改良界面性能。近几年来对淀粉/PCL体系增容剂 的研究有很多，如酸酐改性PCL、二异腈酸酯改 性PCL、甲基丙稀酸缩水甘油酯改性PCL、阴离 子开环聚合己内酯接枝淀粉等方法。
合成高分子材料的可降解性
合成可降解高分子材料的方法 主要有生物发酵法和化学合成法两种。 二者共同的特点是合成的材料主链中都包含
有容易被微生物分解的链段（如表二）
依目前的研究状况看，大部分生物可降解高分子 材料的合成还是通过生物发酵技术和化学两种方 法的结合，单纯依靠化学法合成的研究并不多见。
表二：从分子结构看合成高分子的可降解性
第七章 可降解高分子材料
经过100多年的发展，由石化产品制备的橡胶和塑料 制品已经在全世界的范围内得到了广泛的应用。随着这些 合成聚合物的大量使用，石化能源的短缺和环境污染等问 题变得日益严重，因此用天然的可再生资源制备生物可降 解的 高分子材料已经成为当前基础研究和应用研究的焦 点课题。
和传统的合成高分子材料相比，天然高分子有着诸如价 格低、生物降解性好、无毒、来源广泛以及资源可再生等 优点。所以在全球范围内用天然高分子材料逐步取代合成 的石化产品无论从社会学和环境学的角度来看都有着重要 意义。
淀粉作为开发具有生物降解性产品的基本聚合物的潜在优 势在于:
① 淀粉在各种环境中都具备完全生物降解能力; ② 塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳气