可生物降解材料的研究现状和发展前景
摘要：本文阐述了可生物降解材料的定义、种类及降解机理，综述了可生物降解材料在国内外各个领域的研究现状和最新应用进展，并对其发展前景进行了展望。
关键字：生物降解材料、降解机理、应用进展
Abstract : The definition, variety and the degradation mechanism of biodegradable materials were elaborated. The research situation and their recent progress in applications were reviewed at home and abroad, and then the development prospect was looked forward.
Key words :Biodegradable materials; Degradation mechanism; Application progress
1前言
近年来，随着经济的飞速发展，人们对物质和精神的追求越来越高，对产品的包装也相应的有了更高要求，人们在购买产品时，不仅看外包装的美观程度，还考虑其他各种各样的功能。正是由于人们对产品包装的追求不断提升，很多新型包装材料不断被应用到产品包装中。
合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱[1]，被广泛应用到产品的包装中。然而，在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，成为白色污染源，严重危害环境，造成地下水及土壤污染，危害人类生存与健康，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响[2]。另外，生产合成高分子材料的原料——石油也总有用尽的一天，因而，寻找新的环境友好型材料，发展非石油基聚合物迫在眉睫，而可生物降解材料正是解决这方面问题的有效途径。
2可生物降解材料定义及降解机理
生物降解材料，亦称为“绿色生态材料”，指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。具体地讲，就是指在一定条件下，能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下，导致生物降解的高分子材料[3]。
理想的可生物降解材料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终转化成CO2 和H2O而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。
生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用，因而，生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。首先，微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合，通过水解切断表面的高分子链，生成小分子量的化合物，然后降解的生成物被微生物摄入体内，经过种种代谢路线，合成微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终转化成CO2 和H2O[4]。按其降解的化学本质则分为水解和酶解两种。
2.1水解机理
材料的降解实质上是其内部的高分子链段在特定条件下断裂成低分子量的寡聚物，并最终分解为单体的过程。材料的“溶蚀”则是指由于分子链发生断裂，形成的水溶性小分子物质离开聚合物材料，导致材料的力学性能降低，材料最终完全消失的过程，溶蚀又可表面溶蚀和整体溶蚀。
如果分子链段的降解速度比水分子在材料中的扩散速度快，链段的水解限制在材料表面，而很难进入到材料的内部，这种方式属于表面溶蚀或异相溶蚀，如果水分子在材料的扩散速度比高分子链段的水解速度快，那么材料表面和内部的降解同时进行，因此属于整体溶蚀。
2.2酶解机理
2.2.1酶促水解机理
对于易水解的聚合物，在体内可能同时存在单纯的水解和酶催化水解两种作用。脂肪酶能促进聚酯分解，而水解酶可促进易水解聚合物的降解。脂肪酶R.delemer lipase、Rhizopus arrhizus lipase、Pseudomnas lipase为PCL的特异性降解酶，在这些酶存在下，PCL降解速度加快，在通常情况下完全降解需要2-3年，而在酶的存在下完全降解时间缩短为几天。2.2.2酶促氧化机理
对一些非水解性聚合物，其可能的降解机理是酶促氧化机理。免疫组织学研究证实，材料在体内最后通过吞噬细胞内吞作用而被吸收代谢的。高分子生物材料植入体内后，在局部会引起不同程度的急性炎症反应，当组织受到损伤后，周围血管的通透性发生变化，多喝白细胞迅速向炎症部位移动，被激活的中性粒细胞能使单核细胞分化为巨噬细胞。多形核白细胞和巨噬细胞的代谢产生出大量的过氧阴离子（O2），这种不稳定的中间体进而转换为更强的氧化剂（H2O2）。体内的还原型辅酶2（NADPH）氧化酶都参与了这个转化反应，而过氧化歧化酶（SOD）则起到加速转化的作用。H2O2有可能在植入部位引发聚合物自身分解反应；同时H2O2在肌过氧化酶（MPO）的作用下可进一步转化为次氯酸。次氯酸也是一种生物材料的强氧化剂，可氧化聚酰胺、聚脲、聚氨酯中的氨基，使高分子链断开，从而达到降解的作用。
在生物可降解材料中，对降解起主要作用的是细菌、霉菌、真菌和放线菌等微生物，按其降解作用的形式又可分为3种[5]：(1)生物的物理作用，由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏；(2)生物的生化作用，微生物对材料作用而产生新的物质；(3)酶的直接作用，微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解或氧化崩溃。
3可生物降解材料的特点
生物降解材料具有以下特点：(1)可与垃圾一起处理，也可制成堆肥回归大自然；(2)因降解而使其体积减小，延长填埋场使用寿命；(3)不存在普通塑料需要焚烧的问题，可抑制二嗯英等有害气体的排放；(4)可减少随意丢弃对野生动植物的危害；(5)储存运输方便，只要保持干燥，不需避光；（6）应用范围广，不但可以应用于农业和包装行业，还可以广泛应
用于医疗行业。
4可生物降解材料的分类
生物可降解材料按降解机理和破坏方式可分为[6]完全生物降解型和生物破坏性材料两种。
4.1 完全生物降解材料
完全生物降解材料是指本身可以被细菌、真菌、放线菌等微生物全部分解的生物降解材料。它能在细菌或其水解酶作用下，最终分解成CO2 和水等物质回归自然，所以被称为“绿色材料”。从制备方法上可分为3 种：微生物发酵法、化学合成和天然高分子共混。
4.1.1 微生物发酵法
微生物发酵法是指以有机物为碳源，通过微生物的发酵而得到的生物降解材料。主要以聚羟基脂肪酸酯类较多[7]，聚烃基脂肪酸脂(PHA) 是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等许多优良性能，在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面将发挥其重要的作用。
美国宝洁公司已经开发成功了作为缝合线、无纺布和各种包装用材料的PHA系列产品及其多种应用。目前，PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征，开发在医疗、制药、电子等高附加值领域的用途。PHB是一种硬而脆的热塑性聚合物，其常温下的力学性能与PP相当，导致PHB这种力学性能的主要原因应为结晶度和结晶形态[8]。
4.1.2 化学合成法
化学合成高分子型降解材料是指利用化学方法合成制造的生物降解材料，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，目前具有代表性的工业化产品有聚己内酯(PCL) 、聚琥珀酸丁二脂(PBS) 、聚乳酸(PLA) 、脂肪族聚酯/ 芳香族聚酯共聚物(CPE) 等。
聚乳酸具有优良的生物相容性和可吸收性，无毒、无刺激性，它在自然界中能完全分解为CO2和H2O，对环境无污染，是目前最有前途的可生物降解的聚合物之一。聚乳酸用途广泛，目前已被应用于生物医用高分子、纺织和包装等行业。聚己内酯(PCL)具有优良的生物相容性、记忆性以及生物可降解性等，其产品多集中在医疗和日用方面，如矫正器、缝合线、绷带、降解塑料等。
4.1.3 天然高分子共混
天然高分子生物降解材料是利用生物可降解的天然高分子如植物来源的生物物质和动物来源的甲壳质等为基材制造的材料，以使产品具有降解性。植物来源包括细胞壁组成的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物，动物来源主要是虾、螃蟹等甲壳动物[9]。主要品种有PHB / PCL、糊化淀粉/ PCL、糊化淀粉/ PHBV 等。
此类降解材料原料来源丰富,可完全生物降解，而且产物安全无毒性，日益受到重视。然而，天然高分子材料虽具有完全生物降解性，但是它的热学、力学性能差，不能满足工程
材料的性能要求，因此目前的研究方向是通过天然高分子改性，得到有使用价值的天然高分子降解材料。
4.2 生物破坏性材料
生物破坏性材料是对材料水平而言的，主要是天然高分子与通用型合成高分子通过共混或共聚而制成的降解材料。其组合方式有以下几种：(1) 用熔融和溶液共混的方法；(2) 将一种高分子材料分散于另一种高分子的水溶液中，形成悬浮体系，最后制成各种复合物；(3) 将天然高分子材料分散或溶解在可进行聚合反应的体系中，进行均聚和共聚合反应，使体系中的单体聚合，得到含天然高分子的复合材料；(4) 将天然高分子在适当的条件(如酸性或碱性等)下进行适当的降解，并使降解后的分子链段与其它单体聚合反应，从而制备具有生物降解性能的新型共聚物。下面将分述淀粉、纤维素、蛋白质以及合成高分子通过共混或共聚而制成的降解材料作一个介绍。
4.2.1 淀粉基材料
淀粉作为一种天然高分子化合物，其来源广泛，品种繁多，成本低廉，且能在各种自然环境下完全降解，最终分解为CO2 和H2O，不会对环境造成任何污染，因而淀粉基降解材料成为国内外研究开发最多的一类生物降解材料。它可以通过与其它高分子共混或者与单体共聚的方式得到淀粉基降解材料。
1973年，Griffin首次获得淀粉表面改性填充材料的专利。到80年代，一些国家以Griffin 的专利为背景，开发出淀粉填充型生物降解材料。填充型淀粉材料又称生物破坏性材料，其制造工艺是在通用材料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂，然后加工成型，淀粉含量不超过30%。填充型淀粉材料技术成熟，生产工艺简单，且对现有加工设备稍加改进即可生产, 因此目前国内可降解淀粉材料产品大多为此类型。
加拿大St. Lawrence淀粉公司研究生产了一种改性淀粉Ecostar母粒，可与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氨酯共混制成生物降解材料。美国农业部开发的淀粉基材料是将含水40% - 60%的胶化淀粉加到EAA(乙烯丙烯酸) 中，混合而制成农用地膜。美国Purde大学开发淀粉接枝聚苯乙烯采用阳离子聚合反应，分子量和物性均能有效控制，其中含淀粉20% - 30%的淀粉接枝聚合物具有通常聚苯乙烯类似的性质，可以用做瓶子、薄膜等。我国太原工业大学刘书福等研究了马铃薯淀粉与聚氯乙烯的接枝共聚，江西科学院应用化学研究所用淀粉与苯乙烯接枝共聚制成淀粉基材料，吉林大学化学系和华东理工大学对改性淀粉降解膜进行了探索。
4.2.2 纤维素基材料
纤维素基塑料也有两种制备方法，一是共混，二是化学改性。典型的纤维素基材料制备方法有这么几种：纤维素和壳聚糖的共混、纤维素与蛋白质的共混、纤维素与其衍生物的共混、纤维素和高分子单体共聚。半纤维素、木素等也可用共混以及化学改性方法制备纤维素基可降解材料，如日本京都大学用月桂酸处理木粉可制备得到浅褐色的生物降解材料。
4.2.3 蛋白质基材料
蛋白质虽然具有较好的生物降解能力，但热性能和机械性能较差，用化学处理(包括共聚) 可改善其热性能和机械性能。但这方面的研究仍处于基础研究阶段。蛋白质体系研究主要是用明胶与高分子单体共聚，如Sudesh等研究明胶与己基丙烯酸酯共聚物。
5可生物降解材料的应用
生物降解材料是20世纪80年代后随着环境、能源等矛盾的突出而发展起来的新型材料，可以部分代替通用塑料。目前，生物降解材料主要应用在环保和医学领域。
5.1 在环保领域的应用
5.1.1水域环境
日本对水域环境中废弃的渔网、渔船等进行了专门的调查，1995年废渔网达2．5万t，废弃的渔船2.97万t，废弃的聚苯乙烯9.6万t，此后的几年还在大量增加，后两项2000年已分别达到4.42万t和12.8万t[10]。这些废弃物不被重视，危害性很大，因此生物降解材料在水域环境中的开发和应用尤为重要。
目前使用的渔网材料大体可分为尼龙(PA)、聚乙烯(PE)和聚酯(PET)等。PA的使用历史最长，用量也最大。PE的价格虽然较高，但其强度大，因此很受欢迎。但PA和PE在水域环境中无法完全降解，造成了环境污染。近年来PCL的出现为生物降解材料在这一领域的应用开辟了新的途径。
水域环境中使用的降解材料，废弃后能在海洋中微生物分泌的酶的作用下，降解成为低分子化合物，该化合物最终参与微生物的新陈代谢，成为CO2和水。
5.1.2食品容器和包装行业
在包装材料中，一次性使用的商品包装和容器的用量非常大，是造成“白色污染”的主要源头，因此用生物降解材料制成的食品袋、包装袋、垃圾袋以及各种包装容器等备受青睐。
生物降解包装材料一般是将可降解的高分子聚合物加入到层压膜中或直接与层压材料共混成膜。食品包装材料和容器一般要求能保证食品不腐烂、隔离氧气且材料无毒。其中最具代表性的是PHB与PHV及其共聚物(商品名BIOPOL)，其物理性质与PE和PP相近，且热封性良好，B10POL用过后可生物降解或被焚烧，两者的耗氧量仅相当于其光合作用放入大气的氧，处理后产生的CO2，即为光合作用摄入的全部CO2量，因此可认为完全进入生物循环。
在包装材料中，研究较多的是利用淀粉、纤维素、甲壳素等天然高分子材料本身或经改性制成食品容器和包装塑料。例如，Bastioli c．用聚合剂将直链淀粉重构化，形成一种特殊的超分子结构，这种物质具有良好的加工性，同时生物降解速度快。英国Porvair公司开发的聚氨酯玉米淀粉塑料性能特殊，降解速度快，淀粉添加量大(50％)，能透气，可以吹塑成薄膜，广泛用于食品包装。日本幸和工业株式会社开发的聚乙烯醇一淀粉型生物降解塑料，作为包装用的一次性缓冲材料，与普通聚苯乙烯缓冲材料相比，其表观密度稍高，遇水易溶解，为水溶性材料，高温、高压情况下易收缩。
最近，日本Unitika公司又成功地开发出适用于发泡成型的高耐热性PLA生物降解树脂，
该公司使用纳米级分子设计及化学修饰技术，采用特殊的熔融混炼技术，成功地开发出具有熔融张力、抗硬化的PLA。开发的树脂耐热性超过120℃[11]。
5.1.3农业方面
理想的农用材料能与其他生物降解材料协同作用，从而转化为提高土质的材料。生物降解材料在农业上主要用作农用地膜和农作物生长容器。
农用地膜农用可生物降解地膜在国内外都已经得到了广泛的开发和应用，如Tsuji H[12]等人用不同浓度的NaOH溶液对PCL和R—PHB进行处理，用凝胶渗透色谱、SEM等观察膜的降解。实验结果表明，经过碱处理的PcL和R—PHB在土壤中的降解能力显著增强。Thn H H[13]研制的LDPE一淀粉掺混膜在土壤中埋藏50天后可被微生物降解。在国内，北京塑料研究所用LDPE、LLDPE、HDPE等作为基础原料并添加光降解剂，制作出含有N、P、K等多种化学物质的生物降解浓缩母料，经挤出吹塑制成厚度为0.005mm的可控降解地膜，该地膜已在国内十几个省市的近百亩农田使用，取得了较好的效果。江西科学院应化所采用流延法制造的淀粉聚乙烯醇降解膜厚度0.07mm，相对密度0.91，耐热温度135℃，用作降解地膜时与PE膜具有相似的保温性能[14]。该地膜在接触土壤1.5—3个月后，膜上就有小孔出现，3～6个月后膜降解为碎片。
农作物生长容器农作物生长容器用于播种和移栽树苗、花卉、蔬菜以及盆景。如果容器不用生物降解材料，在移栽之前必须将其去除才能使农作物根系快速生长，而且农作物裸根易受损，很难用机械栽插；而生物降解性容器在栽种时保护了根系，成活率高，用这种方法种植和移栽可以降低成本，移栽季节延长，成活率提高。研究发现[15]，以PCL为主要成分的农作物生长容器，在土壤中会发生明显的生物降解，6个月后失重48％，一年后失重约95％。
生物降解材料还可作为草皮种植片、堆肥用袋以及农用药物的控释材料来使用。
5.2 在医学领域的应用
医用材料不仅要有疗效，更重要的是安全、无毒、无刺激性，与人体有良好的生物相容性。医用生物降解材料是指完成医疗功能后，可被生物体内的溶解酶分解而吸收。生物降解材料已被广泛用于外科手术缝合线、人造皮肤、骨固定材料和体内药物缓释剂等。
6生物降解材料发展面临的问题
近年来，国内外可生物降解材料得到了很快的发展。尤其是一次性使用材料制品，如可降解食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等已实现了工业化生产。但是目前可生物降解材料的开发和应用还存在以下的一些问题：
(1)市场应用。由于生产可降解材料的成本偏高，造成其在市场中价格偏高，这样就给可降解材料的推广造成了很大的影响。
(2)技术与工艺。与传统塑料相比，可降解材料存在抗水性差、力学性能差和加工性能差的问题，很难满足工业化生产要求。另外，降解材料准确的降解时控性，用后快速降解性、彻底降解性以及边角料的回收利用技术等还有待进一步提高和完善。
(3)降解材料的标准及试验评价方法。对生物降解材料，世界上尚没有统一的试验评价
方法，识别标志和产品检测技术，致使缺乏正确统一的认识和确切的评价，产品市场比较混乱，真假难辩。
7可生物降解材料的前景展望
近年来，随着原料生产和制品加工技术的进步，可生物降解材料备受关注，成为可持续、循环经济发展的焦点。无论是从能源替代、二氧化碳减少，还是从环境保护以及解决“三农”问题上，都具有重要意义。目前我国生物降解材料开发和应用领域，在自主知识产权、创新型产品等方面的研发能力、投入量等方面均有待提高，生物降解材料的回收处理系统还有待完善。
为了更好的实现可生物降解材料的产业化，今后还应该在以下几个方面做出努力：（1）建立快速、简便的生物降解性的评价方法，反映降解材料在自然界中生物降解的实际情况；（2）进一步研究可生物降解材料的分解速率、分解彻底性以及降解过程和机理，开发可控制降解速率的技术；（3）通过结构和组成优化、加工技术及形态结构控制等，开发调控材料性能新手段；（4）为了提高与其他材料的竞争力，必须研究和开发具有自主知识产权的新方法、新工艺和新技术，简化合成路线，降低生产成本，参与国际竞争。
8结束语
21世纪是环保的时代，可生物降解材料的开发和应用做为解决材料使用后难降解而给环境造成的问题方面，具有重大的作用。它同时兼顾了实用性和环保性，无疑将成为新世纪材料发展的宠儿。
可降解材料通过各种天然的可再生资源的利用，不仅扩大了材料的功能，同时也符合可持续发展战略。我们有理由相信，降解塑料的发展前景是美好的。
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高分子材料在国民经济中的作用及发展趋势 摘要：材料是现代文明进步的基石。自高分子材料的问世以来，其发展突飞猛进，已开发 出许多性能优异，应用范围广的高分子材料，已在信息、生命、工农业以及航空航天等方面应用广泛，使高分子材料对于人们的日常生活以及国民经济社会发展方面都起到了非常重要的作用。本文主要介绍了高分子材料的分类，以及其在国民经济和人们生活中的作用和广泛的应用，同时也分析了高分子材料在未来的发展趋势。 关键词：功能高分子材料医用高分子材料离子交换树脂胶黏剂高分子光纤人造器官1.前言： 1.1 高分子材料的分类： 高分子材料，是指相对分子质量较大的化合物组成的材料。它是以高分子化合物为基体，再配以其它添加剂所构成的一类材料的总称。按其来源来分，可分为天然高分子材料和合成高分子材料。按性能和用途来分又可分为塑料、橡胶、纤维、胶黏剂、涂料，功能高分子材料及聚合物高分子材料。 1.2高分子材料的现状： 在这个科学技术迅猛发展的21世纪，人们对知识的不断探索以及对物质生活的高度要求，使得高分子材料的飞速发展。而高分子新材料的制备以及新应用领域的拓展，对国民经济又有重大的影响，以成为社会进步和发展的重要技术之一。 高分子材料已经普遍应用于生产，生活，科技等各个领域，我们日常生活所用所穿都离不开它，尤其是塑料，橡胶，纤维这三大高分子材料，已广泛存在我们周围。同时在航空、航天、交通运输、生物医学等方面已有突出的贡献，但是有些高分子材料在性能和使用期限，以及环保方面还有待提高，所以开发出新的高性能，高功能以及绿色化的高分子材料已成为现在高分子行业的迫切要求。 2.高分子材料在国民经济中的作用 2.1 通用高分子材料的作用 2.1.1 塑料： 塑料是一类重要的高分子材料，也是现如今人们日常生活不可缺少的一类物质，它具有质轻，绝缘性能好，耐腐蚀新能强，容易加工成型等优点，在某些方面甚至是木材和金属所不及的，可以说，没有塑料，我们今天的生活将会是另一番局面。 应用最广的当属聚乙烯，它具有突出的电绝缘性和节电性能，优良的化学稳定性以及无毒性，广泛的应用于食品包装中，主要制作板材、管、薄膜、贮槽和容器，用于工业、农业及日常生活用品。具有优良的机械性能的聚丙烯则应用于日用器皿，娱乐体育用品，玩具汽车部件，家电零件。聚苯乙烯则以其电绝缘性能好，刚性大，印刷性能好的特点广泛应用于工业装饰，各种仪器仪表零件、灯罩、电子工业等。氟塑料的用途产量最广，在国防、电子、航空航天、化工、冷藏、机械方面占有重要地位。 2.1.2 橡胶： 橡胶是有机高分子弹性体。天然橡胶具有优良的综合性能，大量用于制造各种轮胎及工业橡胶制品，如胶管胶带、胶鞋雨衣及医疗卫生用品等。合成橡胶因其高弹性和耐低温性能好，耐磨性，主要用于制造轮胎，胶鞋等耐磨制品，医疗制品，运动器材等。 2.1.3 纤维：
1 什么是高分子材料 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。 2 高分子材料的发展历程 树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。 2.1从天然树脂到合成树脂 一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。 以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。 2.2从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。 1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。 尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。 1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯经过6年后的研究，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66（即尼龙Nylon）。 1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。 2.3从天然橡胶到合成橡胶 自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。 1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进
浅论高分子材料的发展前景 摘要：随着生产和科技的发展，以及人们对知识的追求，对高分子材料的性能提出了各种各样新的要求。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。本文主要分析了高分子材料的发展前景和发展趋势。 关键词：高分子材料；发展；前景 作者：韩莹 一高分子材料的发展现状与趋势 高分子材料作为一种重要的材料，经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说，人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此，我国高分子材料应在进
一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。近年来，随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进？步的发展，高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃，并取得了重大突破。 二高分子材料各领域的应用 1高分子材料在机械工业中的应用 高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛，“以塑代钢”，“塑代铁”成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围，使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出，在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中，其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板，广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性，对金属的同比磨耗量比尼龙小，用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改
生物降解材料： 1.天然生物材料如淀粉、纤维素的改性材料制成的塑料； 2.化学合成聚脂：PLA、PCL、PBS、PPC等； 3.微生物发酵合成高分子化合物：PLA、PHA； 4.转基因植物合成高分子化合物：PHA。 生物基含量和价格 材料优缺点
1.可完全生物降解 2.可替代大部分塑料，价格可以和石油塑料 竞争 3.分子结构多样性，综合性能好 4.可单独使用或和淀粉等其他生物质共同 使用 5.可取代PCL、Ecoflex等石油基可降解材 料 6.核心技术门槛高竞争者很难模仿进入材料具体价格
生物降解塑料生产厂家 种类公司型号产能（吨/年）
PLA PLA产业链
→ → → 产业链分析： 1.PLA改性材料生产企业：其生产受到上下游的影响比较严重。 2.PLA生产企业：此类企业上游供给影响不大，来源和供应量很充足，关键在于企业的生产技术和产能。美国的natureworks处于领先地位，每年14万吨的产能，巴斯夫、日本三井和荷兰普拉克都有超万吨的产能。国内海正生物和金发科技分别拥有5000吨左右的产能，在国内PLA生产商中实力较强。 3.PLA原料（中间物）生产商：PLA生产主要有一步法和两步法两种工艺，两步法应用较多，即先由乳酸聚合并解聚得到中间体丙交酯，再由丙交酯开环聚合得到PLA，两步法中，中间体丙交酯的生产成本和纯度直接影响PLA产品的成本和性能。 4.PLA改性材料使用企业：这些企业使用PLA改性材料作为生产进一步产品的原料，成品涵盖范围包括农业、工业、门用等等领域。PLA材料经过改性和复合，其理化性质得到相应改进，可以采用传统吹塑、热塑机械生产成品，传统成品生产企业的转换成本并不高，而此类企业在国内数量巨大，并不构成对于PLA改性材料生产企业的直接瓶颈。 5.消费者终端：消费者的最终需求，决定了PLA改性和复合材料使用企业对PLA改性材料的间接需求，成为真正的、可能的需求瓶颈。因此，分析PLA改性和复合材料行业下游的关键，在于消费者终端的分析。 PLA改性材料企业
四川工业学院学报 Journa l of S ich ua n Uni vers ity o f Sc ience and Tec hnolog y 文章编号:1000-5722(2003)增刊-0145-03 收到日期:2003-03-22 基金项目:中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(部(基)349):四川工业学院人才引进项目(0225964) 作者简介:王周玉(1977-),女,四川省彭州市人,西华大学生物工程系助教,硕士,主要从事高聚物的合成、改性性质及其应用的研究。 可生物降解高分子材料的分类及应用 王周玉,岳 松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏 (西华大学生物工程系,四川成都 610039) 摘 要: 本文作者对天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料及掺混型高分子材料四类生物降解高分子材料进行了综述,并对可生物降解高分子材料在包装、餐饮业、农业及医药领域的应用作了简要介绍。 关键词: 生物降解;高分子材料;应用 中图分类号:O631.2 文献标识码:B 0前言 塑料是应用最广泛的高分子材料,按体积计算已居世界首位,由于其难以降解,随着用量的与日俱增,废弃塑料所造成的白色污染已成为世界性的公害。意大利、德国、美国等国家已率先以法律形式,规定了必须使用降解性塑料的塑料产品范围;我国目前的塑料生产和使用已跃居世界前列,每年产生几百万吨不可降解的废旧物,严重污染着环境和危害着我们的健康。可见开发可降解高分子材料、寻找新的环境友好高分子材料来代替塑料已是当务之急。 降解高分子材料[1]是指在使用后的特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等因素作用下,使其化学结构能在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终被环境所消纳 的高分子材料。根据降解机理[1,2] 的不同,降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光-生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等,其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,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。生物降解高分子材料的应用广泛,在包装、餐饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前景,所以开发生物降解高分子材料已成为世界范围的研究热点。 1 生物降解高分子材料的分类 根据生物降解高分子材料的降解特性可分为完全 生物降解高分子材料(Biodegradable materials)和生物破坏性高分子材料(或崩坏性,Biodestruc tible ma terials);按照其来源的不同主要分为天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料和掺混型高分子材料四类。 1.1 天然高分子材料 [3,4] 天然高分子物质如淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、甲壳素、蛋白质等来源丰富、价格低廉,特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素,年生物合成量超过1010 吨。利用它们制备的生物高分子材料可完全降解、具有良好的生物相容性、安全无毒,由此形成的产品兼具天然再生资源的充分利用和环境治理的双重意义,因而受到各国的重视,特别是日本。如日本四国工业技术实验所用纤维素和从甲壳素制得的脱乙酰壳聚糖复合,采用流延工艺制成的薄膜,具有与通用薄膜同样的强度,并可在2个月后完全降解;他们还对壳聚糖)淀料复合高分子材料进行了大量的研究工作,发现调节原料的比例、热处理温度,可改变高分子材料的强度和降解时间。 天然高分子材料虽然具有价格低廉、完全降解等诸多优点,但是它的热力学性能较差,不能满足工程高分子材料加工的性能要求,因此对天然高分子进行化学修饰、天然高分子之间的共混及天然高分子与合成高分子共混以制得具有良好降解性、实用性的生物降解高分子材料是目前研究的一个主要方向。1.2 微生物合成高分子材料[3,4,5] 微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发
# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势 王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。 关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥 地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或
1.6 浅析高分子材料性能与组成、结构的关系 北京工商大学教授王锡臣 一．概述 1．高分子材料及其分类： 相对分子质量超过10000的化合物称之高分子材料，又称高聚物或聚合物。高分子材料可分天然高分子（如淀粉、纤维素、蚕丝、羊毛等）和合成高分子，通常所说高分子材料指的是后者。 按其应用来分，高分子材料可分为塑料、橡胶、化纤、涂料和粘合剂五大类，有时又将塑料和橡胶合称为橡塑。由于大量新材料的不断出现，上述分类方法并非十分合理。 2．决定高分子材料性能主要因素： （1）化学组成： 高分子材料都是通过单体聚合而成，不同单体，化学组成不同，性质自然也就不一样，如聚乙烯是由乙烯单体聚合而成，聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的，聚氯乙烯是由氯乙烯单体聚合而成。由于单体不同，聚合物的性能也就不可能完全相同。 （2）结构： 同样的单体即化学组成完全相同，由于合成工艺不同，生成的聚合物结构即链结构或取代基空间取向不同，性能也不同。如聚乙烯中的HDPE、LDPE和LLDPE，它们的化学组成完全一样，由于分子链结构不同即直链与支链，或支链长短不同，其性能也就不同。 （3）聚集态 高分子材料是由许许多多高分子即相同的或不相同的分子以不同的方式排列或堆砌而成的聚集体称之聚体态。同一种组成和相同链结构的聚合物，由于成型加工条件不同，导致其聚集态结构不同，其性能也大不相同。高分子材料最常见的聚集态是结晶态、非结晶态，又称玻璃态和橡胶态。聚丙烯是典型的结晶态聚合物，加工工艺不同，结晶度会发生变化，结晶度越高，硬度和强度越大，但透明降低。PP双向拉伸膜之所以透明性好，主要原因是由于双向拉伸后降低了结晶度，使聚集态发生了变化的结果。 （4）分子量与分子量分布（相对分子质量与相对分子质量分布）： 对于高分子材料来说，分子量大小将直接影响力学性能，如聚乙烯虽然都是由乙烯单体聚合而成，分子量不同，力学性能不同，分子量越大其硬度和强度也就越好。如PE蜡，分子量一般为500~5000之间，几乎无任何力学性能，只能用作分散剂或润滑剂。而超高分子量聚乙烯，其分子量一般为70~120万，其强度都超过普通的工程塑料。表-1列出LDPE性能与相对分子质量的关系。 性能与数均相对分子质量（）的关系 ×
完全生物降解材料 摘要：可完全生物降解材料是指在适当和可表明期限的自然环境条件 下，能够被微生物（如细菌、真菌和藻类等）完全分解变成低分子化合物的材料，对环境有积极的作用。本文介绍了完全生物降解材料的定义、分类、降解性能的评价及其发展趋势。 关键词：生物降解，测试，应用 前言：人类在创造现代文明的同时，也带来负面影响----白色污染。 一次性餐具、一次性塑料制品以及农用地膜等均难以再回收利用，其处理方法以焚烧和掩埋为主。焚烧会产生大量的有害气体，污染环境；掩埋则其中的聚合物短时间内不能被微生物分解，也污染环境。残弃的塑料膜存在于土壤中，阻碍农作物根系的发育和对水分、养分的吸收，使土壤透气性降低，导致农作物减产；动作食用残弃的塑料膜后，会造成肠梗阻而死亡；流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已对海洋生物造成了相当的危害，因此提倡绿色消费与加强环境保护势在必行。面对日益枯竭的石油资源，符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为一个研发热点。 1、生物降解材料 理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废气后可被环境微生物完全分解、最终被无机化合成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。 1.1、生物降解材料的分类 生物降解材料按其生物降解过程大致可分为两类。 一类为完全生物降解材料，如天然高分子纤维素、人工合成的聚己内酯等，其分解作用主要来自：①由于微生物的迅速增长导致塑料结构的物理性崩溃；②由于微生物的生化作用、酶催化或酸碱催化下的各种水解； ③其他各种因素造成的自由基连锁式降解。 另一类为生物崩解性材料，如淀粉和聚乙烯的掺混物，其分解作用主要由于添加剂被破坏并削弱了聚合物链，使聚合物分子量降解到微生物能够消化的程度，最后分解为二氧化碳（CO2）和水。 生物崩解性材料大多采用添加淀粉和光敏剂的方法，与聚乙烯和聚苯乙烯共混生产。研究表明，淀粉基生物降解塑料袋最终将进入垃圾场，不接触阳光，即使其中有发生物双降解作用，所发生的降解作用也主要以生物降解为主。一定时间的试验表明：垃圾袋无明显的降解现象，垃圾袋没有自然破损，甚至对袋里的垃圾起到一定的“保鲜”作用。
高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、水泥、金属而言是后起之秀，但其发展的速度及应用的广泛性却远远超过了许多传统材料，在当今世界乃至未来的世纪都充当着举足重轻的角色，已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料，尤其是在开发新型替代能源、节约资源和保护生态环境方面更是发挥着不可替代的作用。新时代的高分子材料已成为现代工程材料的主要支柱，与信息技术、生物技术一起，推动着社会的进步，今天，我将就高分子材料的发展历程及未来趋势做一个简单的概述。 说起高分子材料的发展历程，可能会比我们想象中要长远的多，最早关于高分子材料的应用要追溯到几万年前人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起，奏响了一首久远流长的高分子之歌。 然而随着社会的发展，人类已经不满足于对这些材料的简单利用，相应的天然高分子材料的改性和加工工艺应运而生，这其中比较具有代表性的是19世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺织成丝或制成膜，并利用其易燃的特性制成炸药，但是硝化纤维素难于加工成型，因此人们在其中加入樟脑，使其易于加工成型，做成了之后闻名遐迩的“赛璐珞”的塑料材料。再比如，橡胶的改性，早在11世纪美洲的劳动人民已经在长期的生产实践中开始利用橡胶了，但当时橡胶制品遇冷就变硬，加热则发粘受温度的影响比较大。1839年美国科学家发现了橡胶与硫磺一起加热可以消除上述变硬发粘的缺点，并可以大大增加橡胶的弹性和强度。通过硫化改性，有力的推动了橡胶工业的发展，因为硫化胶的性能比生胶优异很多，从而开辟了橡胶制品广泛应用的前景。同时，橡胶的加工方法也在逐渐完善，形成了塑炼、混炼、压延、压出、成型这一完整的加工过程，使得橡胶工业蓬勃兴起，一日千里的突飞猛进。 从二十世纪初开始，高分子材料进入了工业合成高分子的重要阶段，而合成高分子的诞生和发展则是从酚醛树脂开始的。化学家们研究了苯酚与甲醛的反应，发现在不同的反应条件下可以得到两类树脂，一种是在酸催化下生成可融化可溶解的线型酚醛树脂，另一种则是在碱催化下生成的不溶解不熔化的体型酚醛树脂，这种酚醛树脂是人类历史上第一个完全靠化学合成方法生产出来的合成树
生物医用高分子材料的发展现状、前 景和趋势 据相关研究调查显示，我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高，植入性医疗器械的需求日益增长，对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。 根据evaluate MedTech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测，2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元，2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括：诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜，其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用，主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料 3个领域。 1. 人工器官人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等，通
常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官 3种。第1种是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2种是指将电子技术和生物技术结合；第3种是指用干细胞等纯生物的方法，人为“制造”出器官。生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。 目前，植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额；随后是心血管领域的 36% ；伤口护理和整形外科分别为 8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额，主要产品是人工膝盖，人工髋关节以及骨骼生物活性材料等，主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额，此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。 目前各国都认识到了人工器官的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料，并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国，3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局（CFDA）
辽宁生物降解塑料项目 投资建议书 规划设计/投资方案/产业运营
辽宁生物降解塑料项目投资建议书说明 《关于进一步加强塑料污染治理的意见》指出，到2020年，率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用；到2022年底，一次性降解塑料制品消费量明显减少，替代品得到推广，在电商、快递、外卖等新兴领域，形成一批可复制、可推广的塑料减量和绿色物流模式；到2025年，塑料制品生产、流通、消费和回收处置等环节的管理制度基本建立，替代产品开发应用水平进一步提升，重点城市塑料垃圾填埋量大幅降低。2025年前，国内将逐渐限制、禁止使用不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、宾馆和酒店一次性塑料制品和快递塑料袋。 该PBAT生物降解塑料项目计划总投资5851.90万元，其中：固定资产投资4682.58万元，占项目总投资的80.02%；流动资金1169.32万元，占项目总投资的19.98%。 达产年营业收入8873.00万元，总成本费用6729.64万元，税金及附加101.62万元，利润总额2143.36万元，利税总额2540.62万元，税后净利润1607.52万元，达产年纳税总额933.10万元；达产年投资利润率36.63%，投资利税率43.42%，投资回报率27.47%，全部投资回收期5.14年，提供就业职位135个。
项目建设要符合国家“综合利用”的原则。项目承办单位要充分利用国家对项目产品生产提供的各种有利条件，综合利用企业技术资源，充分发挥当地社会经济发展优势、人力资源优势，区位发展优势以及配套辅助设施等有利条件，尽量降低项目建设成本，达到节省投资、缩短工期的目的。 ...... 报告主要内容：项目总论、项目必要性分析、项目市场研究、投资方案、项目选址规划、土建方案说明、工艺先进性、项目环保分析、项目安全保护、投资风险分析、项目节能情况分析、实施进度、投资方案计划、项目盈利能力分析、综合评价结论等。 随着全球环境保护力度加大，“限塑”已在60多个国家实行。我国自2004年开始鼓励降解塑料的推广应用，2008年开始实行“限塑”。近几年法规措施不断趋严，2020年1月19日，国家发展改革委、生态环境部公布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，提出分阶段（2020、2022、2025年）限制、禁止使用不可降解塑料产品的行动目标与措施。在严格的限塑、禁塑令下，开发应用可降解塑料势在必行。PBAT是一种全生物可降解塑料，可广泛应用于超市购物袋、外卖餐盒、农用地膜等领域。随着“限塑令”的推出和绿色消费市场的扩大，PBAT等可生物可降解塑料呈现出良好的市场前景，成为当前国内降解塑料领域投资和关注的热点。
生物降解高分子材料 肖群 （东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150040） 摘要：高分子材料在日常生活中的使用量越来越大．然而高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量塑料废弃物也与日俱增。给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。本文简要介绍生物降解高分子材料的定义、降解机理及影响因素的基础上，较为全面的阐述了当前生物降解高分子材料的应用领域。 关键词：生物降解，医用生物材料， 1 前言 聚合物工业蓬勃发展的同时也导致了环境污染的加剧，引起了人们对聚合物废料处理的关注。目前全世界每年生产塑料约1．2亿吨．用后废弃的大约占生产量的50％～60％。废塑料的处理以掩埋和焚烧为主，但这两种处理方法会产生新的有害物质。对此，一些国家实行了3R工程，即减少使用、重复使用和回收循环。但对一些回收困难、不宜回收或需要追加很大能量才能回收的领域(如食品包装、卫生用品)，实施3R工程很困难，而如果使用生物降解材料则十分有利[1]。 2生物降解高分子材料定义降解机理 2．1生物降解高分子定义 根据美国ASTM定义生物降解高分子材料是指在一定的条件下．一定的时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物降解的高分子材料[2，3,4]。真正的生物降解高分子在有水存在的环境下，能被酶或微生物水解降解，从而高分子主链断裂，分子量 逐渐变小，以致最终成为单体或代谢成CO 2和H 2 O[5]。 2.2生物降解高分子材料的降解机理 生物降解机理和光一生物降解机理．完全生物降解机理大致有三种途径：①生物物理作用：由于生物细胞增长而使聚合物组分水解，电离质子化而发生机械性的毁坏．分裂成低聚物碎片：②生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新 物质(CH 4、C0 2 和H 2 0)：③酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩 裂。而光一生物降解机理则是材料中的淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大表面／体积比，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使高聚物生成含氧化物，并氧化断裂．分子量下降到能被微生物消化的水平。进一步研究发现．不同的生物降解高分子材料的生物降解性与其结构有很大关系，包括化学结构、物理结构、表面结构等。 对不同种类的生物降解材料而言．它们降解机理的不同决定了它们具有不同的性质。天然降解高分子材料．其本身来源于生物体，能保证足够的细胞及组织亲和性．降解周期一般较短．最终降解产物为多糖或氨基酸．容易被机体吸收．但是这种材料力学性能差。难于满足组织构建的速度要求，应用时需要进行改性。化学合成的生物降解材料的组成、结构和降解行为更易于控制。比如降解速度和强度可调．易构建高孔隙率三维支架．但材料本身对细胞亲和力弱．往往需要引入适量能促进细胞黏附和增值的活性基团、生长因子或黏附因子等。[6] 3生物降解高分子材料的种类及降解过程
福建生物降解塑料项目投资分析报告 规划设计/投资方案/产业运营
报告说明— 生物降解塑料是指在土壤、沙土等自然条件下，可与微生物作用降解成为二氧化碳、水等小分子的塑料材料。PBAT是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。PBAT是己二酸丁二醇酯（PBA）和对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有良好的延展性、断裂伸长率、耐热性和抗冲击性能，又具有优良的生物降解性。PBAT成膜性能良好，通常与PLA树脂等共混改性制成终端产品，可用于塑料包装薄膜、农用地膜、一次性用具等。 该PBAT生物降解塑料项目计划总投资8033.42万元，其中：固定资产投资6236.18万元，占项目总投资的77.63%；流动资金1797.24万元，占项目总投资的22.37%。 达产年营业收入14198.00万元，总成本费用10984.45万元，税金及附加139.18万元，利润总额3213.55万元，利税总额3795.98万元，税后净利润2410.16万元，达产年纳税总额1385.82万元；达产年投资利润率40.00%，投资利税率47.25%，投资回报率30.00%，全部投资回收期4.83年，提供就业职位283个。 全球塑料产量约为3.59亿吨，其中生物塑料约占1%，2018年全球生物可降解塑料的市场金额超过11亿美元，产能合计约91.2万吨，预计2023年有望实现17亿美元与128.8万吨。欧洲是可降解塑料的主要市场，
占全球55%、亚太地区占全球25%，北美需求占19%。可降解塑料的应用范围不断扩大，包括包装、纺织纤维、汽车运输等。包装占比最大为58%。国内2019年塑料制品产量为8184万吨，其中可降解塑料优先推广的农用塑料薄膜使用量为246万吨。根据智研咨询国内可降解塑料的消费量在50万吨左右，市场潜能巨大。据统计，中国每年约消耗购物袋400万吨、农膜246万吨、外卖包装260万吨，且随着快递、外卖业务的快速发展，塑料需求持续增长。而对于这些领域，特别适用可降解塑料。假设替代10%，即可新增90万吨以上可降解塑料需求。我们认为随着技术进步、规模化生产、成本下降、环保理念提升，可降解塑料未来成长空间10倍以上。
生物降解材料https://www.doczj.com/doc/5e9464673.html,work Information Technology Company.2020YEAR
生物降解材料： 1.天然生物材料如淀粉、纤维素的改性材料制成的塑料； 2.化学合成聚脂：PLA、PCL、PBS、PPC等； 3.微生物发酵合成高分子化合物：PLA、PHA； 4.转基因植物合成高分子化合物：PHA。
6.核心技术门槛高竞争者很难模仿 进入 生物降解塑料生产厂家 种类公司型号产能（吨/
PLA PLA 产业链 产业链分析： 1.PLA 改性材料生产企业：其生产受到上下游的影响比较严重。
2.PLA生产企业：此类企业上游供给影响不大，来源和供应量很充足，关键在于企业的生产技术和产能。美国的natureworks处于领先地位，每年14万吨的产能，巴斯夫、日本三井和荷兰普拉克都有超万吨的产能。国内海正生物和金发科技分别拥有5000吨左右的产能，在国内PLA生产商中实力较强。 3.PLA原料（中间物）生产商：PLA生产主要有一步法和两步法两种工艺，两步法应用较多，即先由乳酸聚合并解聚得到中间体丙交酯，再由丙交酯开环聚合得到PLA，两步法中，中间体丙交酯的生产成本和纯度直接影响PLA产品的成本和性能。 4.PLA改性材料使用企业：这些企业使用PLA改性材料作为生产进一步产品的原料，成品涵盖范围包括农业、工业、门用等等领域。PLA材料经过改性和复合，其理化性质得到相应改进，可以采用传统吹塑、热塑机械生产成品，传统成品生产企业的转换成本并不高，而此类企业在国内数量巨大，并不构成对于PLA改性材料生产企业的直接瓶颈。 5.消费者终端：消费者的最终需求，决定了PLA改性和复合材料使用企业对PLA改性材料的间接需求，成为真正的、可能的需求瓶颈。因此，分析PLA改性和复合材料行业下游的关键，在于消费者终端的分析。 PLA改性材料企业 PLA PHA 基本性能： 生物相容性，良好的力学性能，非线性光学性，气体隔离性，耐水解性能，压电性，良好的加工性能，耐热性。 性能指标： 分子量： 1000-1000000 玻璃态温度： -60℃~+60℃ 熔点： 40℃~190℃ 结晶度： 10%~60% 断裂伸长率： 5%~1000%
有机高分子材料未来发展趋势 目前～世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入。一方面～对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广～使它们的性能不断提高～应用范围不断扩大。例如～塑料一般作为绝缘材料被广泛使用～但是近年来～为满足电子工业需求又研制出具有优良导电性能的导电塑料。导电塑料已用于制造电池等～并可望在工业上获得更广泛的应用。另一方面～与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强～并且取得了一定的进展～如仿生高分子材料、高分子智能材料等。这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景 材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的一导电高分子材料等等，已经得到研究工作者的关注。 3 高分子材料在现代农业种子处理中的应用及发展 高分子材料在现代农业种子处理中的应用：新一代种子化学处理一般可分为物理包裹利用干型和湿形高分子成膜剂，包裹种子。种子表面包膜利用高分子成膜剂将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。种子物理造粒将种子和其他高分子材料混和造粒，以改善种子外观和形状，便于机械播种。高分子材料在现代农业种子处理中研究开发进展：种子处理用高分子材料已经从石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向发展。 其中较为常见和重要的高分子材料类型包括多糖类天然高分子材料，具有在低温情况下维持较好膜性能的高分子材料，高吸水性材料，温敏材料，以及综合利用天然生物资源开发的天然高分子材料等，其中利用可持续生物资源并发的种衣剂尤为引人关注。 4 高分子材料在智能隐身技术中的应用 智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料，它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能。自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料/系统。 区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计，为隐身材料的发展和设计提供了崭新的思路，是隐身技术发展的必然趋势，高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。 三高分子材料的发展前景 高分子材料将会趋向于高性能化，高功能化，复合化，智能化，绿色化。 并在 1高性能化，耐腐蚀性及高的机械强度等方面是高分子材料发展的重要方向，这对于航空、航天、电子信息技术、汽车工业、家用电器领域都有极其重要的作用。高分子材料高性能化的发展趋势主要有创造新的高分子聚合物，通过改变催化剂和催化体系，合成工艺及共聚，共混及交联等对高分子进行改性，通过新的加工方法改变聚合物的聚集态结构，通过微观复合方法，对高分子材料进行改性。 2高功能化 功能高分子材料是材料领域最具活力的新领域，目前已研究出了各种各样新功能的高分子材料，如可以像金属一样导热导电的高聚物，能吸收自重几千倍的高吸水性树脂，可以作为人造器官的医用高分子材料等。鉴于以上发展，高分子吸水性材料、光致抗蚀性材料、高分子分离膜、高分子催化剂等都是功能高分子的研究方向。 3复合化 复合材料可克服单一材料的缺点和不足，发挥不同材料的优点，扩大高分子材料的应用范围，提高经济效益。高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向，目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面，今后复合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纤维增强材料的研究与开发，合成具有高强度，优良成型加工性能和优良耐热性的基体树脂，界面性能，粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。 4智能化 高分子材料的智能化是一项具有挑战性的重大课题，智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能，例如预知预告性，自我诊断，自我修复，自我识别能力等特性，对环境的变化可以做出合乎要求的解答；根根据人体的状态，控制和调节药剂释
光学高分子材料简述及性能指标 光学高分子材料种类繁多，应用也不尽相同，但一般都包含三大类技术指标：光学性能、机械性能、热学性能。 光学性能主要包括折射率和色散、透过率、黄色指数及光学稳定性。 折射率和色散是光学材料的最基本性能。在透镜设计中，为使透镜超薄和低曲率必须寻求高折射率的光学材料，而校正色差要求有两组阿贝数不同的材料，即冕牌系列(低色散，阿贝数>50)和火石系列(高色散，阿贝数<40)。光学玻璃的折射率和色散有较大的选择余地，而光学塑料的选择范围却十分有限，尤其是冕牌系列光学塑料。透明塑料折射率的测定最常用的方法是折射仪法。阿贝折射仪是最广泛用于测定折射率的折射仪。 透过率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标，一种树脂的透过率越高，其透光性就越好。透过率的定义为：透过材料的光通量（T2）占入射到材料表面上的光通量(T1)的百分率。任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使是透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%。 聚合物光学材料在紫外和可见光区的透光性和光学玻璃相近，在近红外以上区域不可避免的出现碳氢振动所引起的吸收。通常，光学塑料在可见光区透光率的损失主要由以下三个因素造成：光的反射；光的散射；光的吸收。 黄色指数是无色透明材料质量和老化程度的一项性能指标，由分光光度计的读数计算而得，描述了试样从无色透明或白色到黄色的颜色变化。这一实验最常用于评价一种材料在真实或模拟的日照下的颜色变化。而对于透明塑料材料来说，由于原料纯度或加工条件等因素的影响，可能自身带有一定颜色。 光学树脂如同多数有机物质一样存在着耐候和耐老化问题，因此树脂的结构和加工工艺以及使用环境对树脂的光学性能有较大的影响。在一定使用期限内，光学参数的稳定性尤为关键，这个指标直接决定产品的使用性能。采用人工加速老化中的全紫外线老化的方法检测树脂的光学稳定性。全紫外线老化法主要模拟阳光中的紫外线．全紫外线强度比相应太阳紫外强度高几倍。正是短波紫外线对有机材料老化起了主要作用，这样会大大地提高了老化加速率，也是全紫外老化的最突出优点。同时可以进行温度、湿度、雨淋等环境因素的模拟。这一老化方法其紫外强度等参数可以监控，试验重复性好。 韧性(耐冲击性能)和表面硬度(耐磨性)是光学高分子材料的重要机械性能。 冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。冲击强度是使材料在冲击力的作用下折断，通常把折断时截面吸收的能量定义为材料的冲击韧性。冲击实验主要有弯曲梁式（摆锤式）冲击、落锤式冲击和高速拉伸试验三类。 无定型聚合物的韧性主要与其分子结构有关。主链上酯键、醚键、碳-碳键可以自由旋转，因而材料具有较好的韧性，如PC是光学塑料中抗冲击性能最好的材料;带有较大
（生物科技行业）完全生物 降解材料
完全生物降解材料 摘要：可完全生物降解材料是指在适当和可表明期限的自然环境条件下，能够被微生物（如细菌、真菌和藻类等）完全分解变成低分子化合物的材料，对环境有积极的作用。本文介绍了完全生物降解材料的定义、分类、降解性能的评价及其发展趋势。 关键词：生物降解，测试，应用 前言：人类在创造现代文明的同时，也带来负面影响----白色污染。壹次性餐具、壹次性塑料制品以及农用地膜等均难以再回收利用，其处理方法以焚烧和掩埋为主。焚烧会产生大量的有害气体，污染环境；掩埋则其中的聚合物短时间内不能被微生物分解，也污染环境。残弃的塑料膜存在于土壤中，阻碍农作物根系的发育和对水分、养分的吸收，使土壤透气性降低，导致农作物减产；动作食用残弃的塑料膜后，会造成肠梗阻而死亡；流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已对海洋生物造成了相当的危害，因此提倡绿色消费和加强环境保护势在必行。面对日益枯竭的石油资源，符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为壹个研发热点。1、生物降解材料 理想的生物降解塑料是壹种具有优良的使用性能、废气后可被环境微生物完全分解、最终被无机化合成为自然界中碳素循环的壹个组成部分的高分子材料。 1.1、生物降解材料的分类 生物降解材料按其生物降解过程大致可分为俩类。 壹类为完全生物降解材料，如天然高分子纤维素、人工合成的聚己内酯等，其分解作用主要来自：①由于微生物的迅速增长导致塑料结构的物理性
崩溃；②由于微生物的生化作用、酶催化或酸碱催化下的各种水解；③其他各种因素造成的自由基连锁式降解。 另壹类为生物崩解性材料，如淀粉和聚乙烯的掺混物，其分解作用主要由于添加剂被破坏且削弱了聚合物链，使聚合物分子量降解到微生物能够消化的程度，最后分解为二氧化碳（CO2）和水。 生物崩解性材料大多采用添加淀粉和光敏剂的方法，和聚乙烯和聚苯乙烯共混生产。研究表明，淀粉基生物降解塑料袋最终将进入垃圾场，不接触阳光，即使其中有发生物双降解作用，所发生的降解作用也主要以生物降解为主。壹定时间的试验表明：垃圾袋无明显的降解现象，垃圾袋没有自然破损，甚至对袋里的垃圾起到壹定的“保鲜”作用。 对于解决环境污染，尽管含淀粉基的塑料比壹次性塑料制品有效，但由于仍采用不能生物降解的聚乙烯或聚酯材料为原料，故除了添加的淀粉能够降解外，剩余的大量聚乙烯或聚酯仍会残存而不能完全生物降解，只是分解为碎片，无法回收，进入土壤后情况更糟，对废弃物的处理造成混乱，因而完全生物降解材料成为降解材料的研究重点。 1.2、完全生物降解材料的品种和性能 完全生物降解材料包括天然高分子纤维素、人工合成的聚己内酯、聚乙烯醇等。自然界本身有分解吸收和代谢天然高分子纤维素的自净化能力。该材料在用过废弃后能被自然界微生物的酶降解，降解产物能被微生物作为碳源吸收代谢。 （1）聚己内酯（PCL)是目前价格较低的全微生物分解性合成高分子，所用的聚己内酯是环状单体——己内酯，己内酯是利用有机金属化合物进行开环