生物可降解高分子ppt
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第七章 生物可降解高分子材料参考幻灯片
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—
绿色高分子材料(完整版).ppt
其次，对可再生与循环使用的环境惰性高分子材料，如聚丙烯 （PP）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、尼龙66、有机玻璃（PMMA）、 聚苯乙烯（PS）等，应尽可能地再次利用，避免使用填埋方法处理。
在这方面，有关专家认为，提倡不使用一次性PS饭盒也是没必要 的，关键是处理方法得当。
第三，对已经无法再生与循环使用的环境惰性高分子材料进行焚 烧，回收热能。PP、PE等聚烯烃具有很高的热值，与燃料油相当，并且 具有无害化燃烧特性。PP、PE等是以人类日近稀少的能源石油为起始原 料生产的，因此我们对石油化工资源产品要尽可能地物尽其用。
0.0
10
绿色高分子材料——聚乳酸
合成方法
——以丙交酯为原料进行开环聚合合成聚乳 酸；
——以乳酸、乳酸酯和其他乳酸衍生物等为 原料进行聚合合成聚乳酸。
0.0
11
绿色高分子材料——聚乳酸
该工艺包括三个部分，先是以淀粉质农作物 为原料，生产乳酸，进而生产丙交酯，最 终生产PLA。示意图如下：
乳酸 淀粉 糖化、发酵 中和、酸解
甲苯，可以使甲苯反应停留在苯甲醛。）
•改变反应条件实现绿色合成（例如甲苯采用电氧化的方法，
在Mn3+电极，H2O，latm下氧化可以得到高纯度的苯甲醛，此法 温和，选择性好，纯度高，节能源，无污染。）
•改变聚合反应中传统的能量交换方式
0.0
5
高分子材料合成的绿色化
使用绿色原料和试剂
聚乳酸及其衍生物都是可以生物降解的高分子材料，是 绿色高分子中的研究热点（2002年，美国Cargill Dow LLC 公司关于聚乳酸的成功开发，使其荣获了美国总统绿色化学 奖）。它们可以作为通用高分子（如塑料）使用，其主要合 成原料乳酸来自于淀粉，而且作为医用材料使用后的主要降 解产物乳酸是生物兼容的。因此，聚乳酸类生物降解材料的 合成中，原料的绿色化研究也较多。
在这方面，有关专家认为，提倡不使用一次性PS饭盒也是没必要 的，关键是处理方法得当。
第三，对已经无法再生与循环使用的环境惰性高分子材料进行焚 烧，回收热能。PP、PE等聚烯烃具有很高的热值，与燃料油相当，并且 具有无害化燃烧特性。PP、PE等是以人类日近稀少的能源石油为起始原 料生产的，因此我们对石油化工资源产品要尽可能地物尽其用。
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绿色高分子材料——聚乳酸
合成方法
——以丙交酯为原料进行开环聚合合成聚乳 酸；
——以乳酸、乳酸酯和其他乳酸衍生物等为 原料进行聚合合成聚乳酸。
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11
绿色高分子材料——聚乳酸
该工艺包括三个部分，先是以淀粉质农作物 为原料，生产乳酸，进而生产丙交酯，最 终生产PLA。示意图如下：
乳酸 淀粉 糖化、发酵 中和、酸解
甲苯，可以使甲苯反应停留在苯甲醛。）
•改变反应条件实现绿色合成（例如甲苯采用电氧化的方法，
在Mn3+电极，H2O，latm下氧化可以得到高纯度的苯甲醛，此法 温和，选择性好，纯度高，节能源，无污染。）
•改变聚合反应中传统的能量交换方式
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高分子材料合成的绿色化
使用绿色原料和试剂
聚乳酸及其衍生物都是可以生物降解的高分子材料，是 绿色高分子中的研究热点（2002年，美国Cargill Dow LLC 公司关于聚乳酸的成功开发，使其荣获了美国总统绿色化学 奖）。它们可以作为通用高分子（如塑料）使用，其主要合 成原料乳酸来自于淀粉，而且作为医用材料使用后的主要降 解产物乳酸是生物兼容的。因此，聚乳酸类生物降解材料的 合成中，原料的绿色化研究也较多。
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。
生物降解塑料ppt课件
05:14
第三章 生物降解塑料
物降解高分子材料经几个年的发展、已有一些高分子材料 形成商品，如表所示。以下对各类降解高分子材料作一简述。
05:14
第三章 生物降解塑料
3.3.1 微生物合成的高分子
这种聚合物早在1925年由巴黎Pasteur研究所发现，之后 研究表明这种高分子量聚合物用于贮存能量。
05:14
第三章 生物降解塑料
PLA是结晶的刚性聚合物，强度高，但耐水性差，容易水解。 Tg为58摄氏度，Tm是184摄氏度，可制成纤维、薄膜、 棒、螺栓、板和夹子。 乳酸与乙交酯或已内酰胺共聚可改善聚合物的机械性能， 这种共聚物可用在医学上，如缝线、移植等，也可用作食品包 装、纸涂层、快餐器具等。
05:14
第三章 生物降解塑料
目前能使聚合物降解的酶主要是水解酶和氧化还原酶。 1）一般水解酶在细胞外，故适合于聚合物降解。 2）氧化还原酶则大多存在于细胞内，故不太适合于高分子 的初始降解。 一般加聚类聚合物不易发生生物降解反应，如聚烯烃、聚 苯乙烯、聚氯乙烯等都是耐生物降解的。试验结果表明， HDPE分子量在3000以下是可以生物降解的，LDPE分子量在 200以下是可以生物降解的、而PS分子量在600以下也不容易 生物降解。
可见除聚乳酸和聚乙烯醇外，聚合物的玻璃化温度Tg均低 于室温。
对聚合物来说，结晶可以提高材料的强度，但结晶度太高， 会使酶作用能力变差，主要是因为结晶品格限制分子运动，不 能使酶分子与聚合物很好地发生作用。
根据以上讨论，设计合成的生物降解高分子材料应该是脂 肪族极性物质，分子链柔性比较好，分子链间不交联。因此， 共聚或共混的方法是改进生物降解聚合物降解塑料
PHB是一种脆性的高度结晶的不稳定的材料，平均结晶度 80％，其熔点179摄氏度，玻璃化转变温度0～5摄氏度，密 度1.35g/cm3，热变形温度143摄氏度，上限工作湿度93摄 氏度。
第三章 生物降解塑料
物降解高分子材料经几个年的发展、已有一些高分子材料 形成商品，如表所示。以下对各类降解高分子材料作一简述。
05:14
第三章 生物降解塑料
3.3.1 微生物合成的高分子
这种聚合物早在1925年由巴黎Pasteur研究所发现，之后 研究表明这种高分子量聚合物用于贮存能量。
05:14
第三章 生物降解塑料
PLA是结晶的刚性聚合物，强度高，但耐水性差，容易水解。 Tg为58摄氏度，Tm是184摄氏度，可制成纤维、薄膜、 棒、螺栓、板和夹子。 乳酸与乙交酯或已内酰胺共聚可改善聚合物的机械性能， 这种共聚物可用在医学上，如缝线、移植等，也可用作食品包 装、纸涂层、快餐器具等。
05:14
第三章 生物降解塑料
目前能使聚合物降解的酶主要是水解酶和氧化还原酶。 1）一般水解酶在细胞外，故适合于聚合物降解。 2）氧化还原酶则大多存在于细胞内，故不太适合于高分子 的初始降解。 一般加聚类聚合物不易发生生物降解反应，如聚烯烃、聚 苯乙烯、聚氯乙烯等都是耐生物降解的。试验结果表明， HDPE分子量在3000以下是可以生物降解的，LDPE分子量在 200以下是可以生物降解的、而PS分子量在600以下也不容易 生物降解。
可见除聚乳酸和聚乙烯醇外，聚合物的玻璃化温度Tg均低 于室温。
对聚合物来说，结晶可以提高材料的强度，但结晶度太高， 会使酶作用能力变差，主要是因为结晶品格限制分子运动，不 能使酶分子与聚合物很好地发生作用。
根据以上讨论，设计合成的生物降解高分子材料应该是脂 肪族极性物质，分子链柔性比较好，分子链间不交联。因此， 共聚或共混的方法是改进生物降解聚合物降解塑料
PHB是一种脆性的高度结晶的不稳定的材料，平均结晶度 80％，其熔点179摄氏度，玻璃化转变温度0～5摄氏度，密 度1.35g/cm3，热变形温度143摄氏度，上限工作湿度93摄 氏度。
可生物降解高分子-概述_ppt课件
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。
┌ PE、PP、PVC、PS 与淀粉共混物 ┌不完全降 ┼ 合成脂肪酸聚酯(PCL)与通用聚烯烃共混 │解性塑料 └ 天然矿物质与PCL、PE、PP等共混 │ │ ┌ 脂肪族聚酯 [聚( b -羟基 │ │ 脂肪酸酯)（PHA）类] 生物降-│ ┌ 微生物合成 － ┤ 聚乳酸等生物聚酯 解塑料 │ │高分子聚合物 └ 其它微生物合成聚合物 │ │ │ │ ┌ 酯肪族聚酯PCL, PLA │ │ │ 聚乙二醇 │ │ │ 环氧乙烷与二氧化碳共聚物 └ 完全降解 ┼ 化学合成高 ┼ 聚乙烯醇及其衍生物 性塑料 │ 分子聚合物 └ 聚氨酯及其改性物 │ │ ┌ 纤维素及其衍生物 └ 天然高分子聚合物 ┤ 壳素 (甲壳质素) 及其衍生物 (或混合物) │ 脱乙酰壳聚糖 └ 热塑性淀粉
生物降解材料的种类与性能
天然高分 微生物合 人工合成 但高分子量的聚酯，只能通过 子可降解 成的可降 可降解材 开环聚合方法合成，因为缩聚 材料 解材料 料 反应受反应程度和反应过程中 按照结构与组成，可分为天 产生的水的影响，很难获得高 然蛋白质、多糖及其衍生物， 分子量的产物。目前已开发的 此外还包括一些生物合成聚 主要包括聚 β-羟基丁 由生物体内提 主要产品有聚乳酸（PLA ）、聚 大多是在分子 酸酯(PHB) 、聚羟基 酯。典型的蛋白类、多糖类 取或自然环境 结构中引入酯 己内酯（ PCL）、聚乙醇酸 戊酸酯等，它们同属 物质及其衍生物有胶原、胶、 中直接得到的 基的脂肪族聚 于聚羟基烷酸酯 （ PGA）、聚乙醇酸交酯、聚 一类大分子， 环糊精、淀粉、葡聚糖、壳 (PHA)。其中，聚羟 酯，其制备方 丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯 具有良好的生 壳糖、透明质酸、纤维素、 基丁酸是低毒材料， 法主要包括缩 （ PBS）等。 物相容性和可 目前已被用于药物控 海藻酸衍生物、硫酸软骨素
《生物可降解材料》课件
力学性能评价
包括抗拉强度、断裂伸长率等指标的测试来评价材料的力学性能。
热稳定性能评价
通过热分解实验等方法来评价材料的热稳定性。
生物可降解材料的市场前景
市场现状
生物可降解材料市场逐步发展壮大，对环保和可持续发展的需求不断增长。
市场发展趋势
随着环保意识的提高和政府政策的支持，生物可降解材料市场有望迎来更大 的发展空间。
按降解方式分类
根据材料在生物环境中的降解方式，可以将其分为生物酶降解和微生物降解两种类型。
生物可降解材料的应用
医用领域
生物可降解材料在医学领域有广泛的应用，如可降解缝合线、骨修复材料、药物控释系统等。
农业领域
在农业领域，生物可降解材料可以用于制作农膜、土壤改良剂等，有助于提高农业生产的可持续性。
工业领域
未来，随着技术的进步和市场需求的增长，生物可降解材料有望拥有更广阔 的发展前景和应用前景。
生物可降解材料存在的问题
降解能力有限
某些生物可降解材料的降解能力有限，难以在短时间内完全降解。
成本高昂
生物可降解材料的生产成本相对较高，限制了其在大规模应用中的进一步推广。
工程应用不成熟
一些生物可降解材料的工程应用仍然存在一些问题，需要进一步研究和完善。
总结
生物可降解材料具有环保、可持续发展的优势，但也面临着降解能力有限、 成本高昂和工程应用不成熟等挑战。
生物可降解材料
什么是生物可降解材料
生物可降解材料是指能够在自然环境下被生物分解、降解而不对环境造成污染的材料。 这些材料具有可降解性、生物性、可再生的特点。 常见的生物可降解材料包括聚乳酸（PLA）、淀粉基材料、生物降解塑料等。
生物可降解材料的分类
按来源分类
包括抗拉强度、断裂伸长率等指标的测试来评价材料的力学性能。
热稳定性能评价
通过热分解实验等方法来评价材料的热稳定性。
生物可降解材料的市场前景
市场现状
生物可降解材料市场逐步发展壮大，对环保和可持续发展的需求不断增长。
市场发展趋势
随着环保意识的提高和政府政策的支持，生物可降解材料市场有望迎来更大 的发展空间。
按降解方式分类
根据材料在生物环境中的降解方式，可以将其分为生物酶降解和微生物降解两种类型。
生物可降解材料的应用
医用领域
生物可降解材料在医学领域有广泛的应用，如可降解缝合线、骨修复材料、药物控释系统等。
农业领域
在农业领域，生物可降解材料可以用于制作农膜、土壤改良剂等，有助于提高农业生产的可持续性。
工业领域
未来，随着技术的进步和市场需求的增长，生物可降解材料有望拥有更广阔 的发展前景和应用前景。
生物可降解材料存在的问题
降解能力有限
某些生物可降解材料的降解能力有限，难以在短时间内完全降解。
成本高昂
生物可降解材料的生产成本相对较高，限制了其在大规模应用中的进一步推广。
工程应用不成熟
一些生物可降解材料的工程应用仍然存在一些问题，需要进一步研究和完善。
总结
生物可降解材料具有环保、可持续发展的优势，但也面临着降解能力有限、 成本高昂和工程应用不成熟等挑战。
生物可降解材料
什么是生物可降解材料
生物可降解材料是指能够在自然环境下被生物分解、降解而不对环境造成污染的材料。 这些材料具有可降解性、生物性、可再生的特点。 常见的生物可降解材料包括聚乳酸（PLA）、淀粉基材料、生物降解塑料等。
生物可降解材料的分类
按来源分类
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。
生物可降解高分子材料_韦海涛.PPT文档34页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最Байду номын сангаас出的人谈话。——笛卡儿
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 。
Thank you
生物可降解高分子材料_韦 海涛.
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， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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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。
降解特性的组分，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
与形状，以很小的粒子或碎片分散在自然界，避
免造成宏观污染，但微观上的影响依然存在。由
于生物破坏性塑料可以沿用通用塑料的加工工艺
和设备，其生产成本较低，仍然有一定的消费市
场。但是它不能从根本上解决“白色污染”。
高分子降解理论
▪ （２） 天然的完全可生物降解的高分子
▪ （３） 用生物发酵技术合成的完全生物降解塑料
微生物在新陈代谢过程中，在合成蛋白质、核酸和 多糖等大分子物质的同时, 在细胞内还贮存聚酯—聚b 羟基丁酸酯（PHB）。这是一种塑料样的可生物降解的 高分子材料。
▪
生物破坏性塑料是一种不能完全生物降解
塑料。其研究重点是在通用塑料中混入具有生物
CO2和H2O的化合物。如聚羟基丁酸酯 （PHB），聚环己内酯（PCL）。 ▪ 生物破坏性高分子(biodestructible or biodisintegrable) ▪ 指在微生物作用下，高分子仅能被分解为散乱碎 片。如淀粉添加的聚苯乙烯（PS）、聚烯烃。
▪ （１） 化学合成的完全生物降解塑料
▪ 生物物理作用 微生物侵蚀高分子后由于细胞的增大致使高
分子材料发生机械性破坏。
降解高分子材料的分类
按降解机理分类
▪ 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
生物降解高分子
▪ 完全生物降解高分子(biodegradable) ▪ 指在微生物作用下，在一定时间内完全分解为
生物降解
高分子降解
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
以上三大降解的综合
降解形式
▪ 无规断链 ▪ 解聚 ▪ 弱键分解 ▪ 取代基的脱除
高分子材料的生物降解性与其结构有 很大关系，高分子的形态、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。一般情况 下只有极性高分子材料才能与酶相黏附， 并很好的亲和。因此具有极性是高分子材 料生物降解的必要条件。
高分子结构与降解性关系
▪ 具有侧链的化合物难降解，直链高分子比支 链高分子交联高分子易于降解。比较相对分子质 量范围为170~620的线性和支链性碳氢聚合物发 现支链性聚合物的真菌生长速度明显小于线性聚 合物。
▪ 柔软的链结构容易被生物降解，有规晶态结 构阻碍生物降解，所以聚合物的无定形区总比结 晶区域先降解，脂肪族的聚酯较容易生物降解， 而像PET等硬链的芳香族聚酯则是生物惰性的。 主链柔顺性越大，降解速度也越大。在塑料制品 生产中添加的增塑剂也对塑料的生物降解性产生 影响。
选择适宜的单体和催化体系，经化学合成的方法制 得可生物降解塑料，在这些塑料中，脂肪族聚酯、聚乙 烯醇（PVA）和聚乙二醇等是代表产物。人们利用这些 塑料易生物降解的特性对其进行深入、广泛的研究与开 发。其中对脂肪族聚酯的研究尤为引人注目。
脂肪族聚酯可以被脂肪酶水解成小分子，然后再进 一步被微生物同化。在众多的脂肪族聚酯中，聚已内酯 （PCL）应用较广。
▪ 具有不饱和结构的化合物难降解，脂肪族高 分子比芳香族高分子易于生物降解。
▪
相对分子质量对生物降解性也有很大影响。由于许
多由微生物参与的聚合物降解都是由端基开始的，高相
对分子质量的聚合物因端基数目少，降解速度较低。
▪
宽相对分子质量分布的聚合物，低聚物比高聚物易
于降解。
▪
非晶态聚合物比晶 [
C
O C O ]n OH
CH3
聚ω—氨基己酸酯（尼龙—6） 聚氨酯 聚碳酸酯
生物降解特点
▪ 生物降解主要取决于聚合物分子的大小和 结构、微生物的种类以及环境因素。对聚 合物而言，一般可生物降解的化学结构顺 序为：脂肪族酯键、肽键〉氨基甲酸酯〉 脂肪族醚键〉亚甲基。另外，相对分子质 量大、分子结构排列规整、疏水性大的聚 合物，不利于微生物的侵袭与生长，也不 利于生物降解。
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。
降解特性的组分，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
与形状，以很小的粒子或碎片分散在自然界，避
免造成宏观污染，但微观上的影响依然存在。由
于生物破坏性塑料可以沿用通用塑料的加工工艺
和设备，其生产成本较低，仍然有一定的消费市
场。但是它不能从根本上解决“白色污染”。
高分子降解理论
▪ （２） 天然的完全可生物降解的高分子
▪ （３） 用生物发酵技术合成的完全生物降解塑料
微生物在新陈代谢过程中，在合成蛋白质、核酸和 多糖等大分子物质的同时, 在细胞内还贮存聚酯—聚b 羟基丁酸酯（PHB）。这是一种塑料样的可生物降解的 高分子材料。
▪
生物破坏性塑料是一种不能完全生物降解
塑料。其研究重点是在通用塑料中混入具有生物
CO2和H2O的化合物。如聚羟基丁酸酯 （PHB），聚环己内酯（PCL）。 ▪ 生物破坏性高分子(biodestructible or biodisintegrable) ▪ 指在微生物作用下，高分子仅能被分解为散乱碎 片。如淀粉添加的聚苯乙烯（PS）、聚烯烃。
▪ （１） 化学合成的完全生物降解塑料
▪ 生物物理作用 微生物侵蚀高分子后由于细胞的增大致使高
分子材料发生机械性破坏。
降解高分子材料的分类
按降解机理分类
▪ 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
生物降解高分子
▪ 完全生物降解高分子(biodegradable) ▪ 指在微生物作用下，在一定时间内完全分解为
生物降解
高分子降解
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
以上三大降解的综合
降解形式
▪ 无规断链 ▪ 解聚 ▪ 弱键分解 ▪ 取代基的脱除
高分子材料的生物降解性与其结构有 很大关系，高分子的形态、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。一般情况 下只有极性高分子材料才能与酶相黏附， 并很好的亲和。因此具有极性是高分子材 料生物降解的必要条件。
高分子结构与降解性关系
▪ 具有侧链的化合物难降解，直链高分子比支 链高分子交联高分子易于降解。比较相对分子质 量范围为170~620的线性和支链性碳氢聚合物发 现支链性聚合物的真菌生长速度明显小于线性聚 合物。
▪ 柔软的链结构容易被生物降解，有规晶态结 构阻碍生物降解，所以聚合物的无定形区总比结 晶区域先降解，脂肪族的聚酯较容易生物降解， 而像PET等硬链的芳香族聚酯则是生物惰性的。 主链柔顺性越大，降解速度也越大。在塑料制品 生产中添加的增塑剂也对塑料的生物降解性产生 影响。
选择适宜的单体和催化体系，经化学合成的方法制 得可生物降解塑料，在这些塑料中，脂肪族聚酯、聚乙 烯醇（PVA）和聚乙二醇等是代表产物。人们利用这些 塑料易生物降解的特性对其进行深入、广泛的研究与开 发。其中对脂肪族聚酯的研究尤为引人注目。
脂肪族聚酯可以被脂肪酶水解成小分子，然后再进 一步被微生物同化。在众多的脂肪族聚酯中，聚已内酯 （PCL）应用较广。
▪ 具有不饱和结构的化合物难降解，脂肪族高 分子比芳香族高分子易于生物降解。
▪
相对分子质量对生物降解性也有很大影响。由于许
多由微生物参与的聚合物降解都是由端基开始的，高相
对分子质量的聚合物因端基数目少，降解速度较低。
▪
宽相对分子质量分布的聚合物，低聚物比高聚物易
于降解。
▪
非晶态聚合物比晶 [
C
O C O ]n OH
CH3
聚ω—氨基己酸酯（尼龙—6） 聚氨酯 聚碳酸酯
生物降解特点
▪ 生物降解主要取决于聚合物分子的大小和 结构、微生物的种类以及环境因素。对聚 合物而言，一般可生物降解的化学结构顺 序为：脂肪族酯键、肽键〉氨基甲酸酯〉 脂肪族醚键〉亚甲基。另外，相对分子质 量大、分子结构排列规整、疏水性大的聚 合物，不利于微生物的侵袭与生长，也不 利于生物降解。