生物降解材料PBS材料ppt课件.ppt

生物降解材料PBS,生物降解材料简介,生物降解材料提出背景,资源短缺,能源过度消耗,生态环境恶化,生物降解材料简介,什么是生物降解材料？,定义：目前为止，国际上对生物降解高分子材料的定义仍未达成统一。美国测试与材料协会(ASTM)通过的生物降解塑料的定义是:生物降解塑料是指在自然界条件下，能为微生物所降解的塑料。国际上对生物降解聚合物严格意义上的定义是:在有氧及无氧条件下，聚合物在微生物及动植物体的作用下，其物理、化学性能发生下降及形成CO2、H2O、CH4及其它一些小分子量化合物的聚合物。,举例PBS,聚丁二酸丁二醇酯，英文简称PBS。它是一种典型的脂肪族聚酯。脂肪族聚酯由于其生物降解性和经济性，已成为国内外研究的热点。PBS同时也是一种新型的可生物降解高分子材料，其降解与应用的研究始于20世纪90年代。对于环境友好材料和生物材料而言，PBS基降解材料的制备与应用是新兴的研究领域。同时，合成PBS的主要原料1,4-丁 二酸和1,4-丁二醇不仅可以由石油 化工路线得到，可以由煤化工路线 和生物发酵的途径得到，因此更具 环保意义和经济价值。,PBS介绍,应用广泛,PBS降解机理,材料降解是指在保存期内材料性能不变,而使用后在一定环境条件下能够被降解。其过程是材料被细菌，霉菌等作用消化吸收的过程，大致分为两步：1）微生物向体外分泌水解酶,和材料表面结合,通过水解切断高分子链,生成分子量小于500 g/mol 以下的小分子量的化合物2）降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种的代谢路线,合成为微生物体内所需物质或转化为微生物活动的能量,最终都转化为水和二氧化碳。,PBS降解机理,PBS的降解要经过2个阶段。在一次分解中通过微生物在菌体外分泌的酶与其表面接触，由表及里顺序进行分解。PBS在一次降解中使用粉制的酶(脂肪酶)，通过水解反应，可很快分解，生成二羧酸、二元醇类物质以及5聚体以下的低分子量聚酯的混合物。接着是完全分解过程，在一次分解中生成的低分子量中间生成物被菌体所侵蚀，通过各式各样的代谢，在透气性好的条件下分解成二氧化碳和水，在透气性差的条件下则变成了二氧化碳和甲烷。脂肪族聚酯的微生物降解反应示意如下：,脂肪酶攻击,细菌、水解,材料碎片,微生物利用,PBS降解机理,能够分解脂肪族聚酯的微生物种类很多，包括许多细菌和霉菌等，它们广泛分布在自然界中，其中以土壤中最多。PBS基塑料理论上容易被微生物降解，但随其共聚组分、相对分子质量的不同，降解性有很大差别。酯键之间结合的亚甲基数为48时，脂肪族聚酯较容易降解。聚合物链中存在苯环结构和脂肪族醚键等，其生物降解性下降；PBS的相对分子质量大以及亲水性差，也不利于微生物的侵蚀、繁殖与生物降解。,合成方法,脂肪族聚酯的合成方法理论上有生物发酵法和化学合成法两种方法，但是生物发酵法的成本很高，故PBS的合成绝大部分使用的是化学合成法。化学合成法又包括直接酯化法和酯交换法。大多数采用直接聚合的方法。,直接酯化法,以丁二酸和丁二醇直接缩聚得到PBS，其合成方法由两步完成:先在较低的反应温度下将二元酸与过量的二元醇进行酯化，形成端羟基预聚物;然后在高温、高真空和催化剂的存在下脱除二元醇，得到PBS聚酯,合成方法,酯交换反应法,二元酸二甲酯与等量的二元醇，在催化剂存在下，高温、高真空脱甲醇进行酯交换反应得到PBS聚酯,扩链法,在前两种合成反应过程中，需要不断地排除小分子产物，从而获得所需相对分子质量的聚酯。但是在缩聚反应后期，温度往往超过200时，会发生脱羧、热降解、热氧化等副反应，影响相对分子质量。此时为了提高相对分子质量，可采取扩链反应，利用扩链剂提高其相对分子质量。,展望,现在研究热点主要集中在以下几个方面：创新合成途径，改进生产工艺以得到高分子量的PBS聚合物；对PBS进行改性或与其他材料复合制成综合性能优异的复合材料；寻找价格低、来源广的填料，降低产品的成本。目前，在PBS的某些应用研究领域还存在局限，如不同研究者提出的观点存在着较大的矛盾，并且基础理论还需要进一步的完善。随着研究的深入，PBS的综合性能将不断得到提高，而其制品的价格将大大降低，并逐渐取代传统塑料，实现可持续发展。,Thank You!,