什么是生物降解性能
生物降解性能：指通过微生物的活动使某一物质改变其原来的化学和物理性质，在结构上引起变化所能达到的程度。
理论上所有有机污染物都可被生物降解
一般有三种说法：
1）初级生物降解母体化合物结构一部分发生变化，改变了分子的完整性
2）环境可接受的生物降解失去对环境有害性
3）完全生物降解完全无机化产物为ch4二氧化碳、水、氨、硫酸盐、磷酸盐
根据微生物降解难易程度，一般分为三类
1）易于被微生物利用，可立即作为能量营养源，易生物降解质
2）逐步被微生物利用的物质成为可生物降解质
3）降解很慢或根本不被降解的物质成为难生物降解质
具体解释如下：
1）第一类化合物包含一些简单的糖、氨基酸、脂肪酸以及典型代谢途径的化合物。
2）第二类化合物需要一段驯化时间，在此期间很少或者不发生微生物降解作用。这段时间称为滞后期，滞后期由下列过程引起：
①混合菌体中能够以化合物为基质的微生物菌种逐渐增长并富集，滞后期的长短取决于上述菌种的生长率
②诱导降解该化合物的酶，形成完整健全的降解酶体系。一旦驯化完成，生物降解反应立即开始。
3）第三类化合物包括一部分天然物质（如腐殖酸、木质素）以及合成物质，这类物质根本不降解，影响因素主要为：化学结构因素、物理因素、化学因素等。
直接或间接影响生物降解性能的因素可以归纳为与基质、生物体、环境相关等几个方面。
一、与基质相关的因素
1）基质的化学组成结构基质的化学组成和结构决定其溶解性、分子的排列、分子的空间结构以及分子间的吸引和排斥等，进而影响其生物降解性能。
2）基质的各种理化性能难溶于水的物质降解较差：扩散差、易被惰性物质吸附和诱捕，使其难达到细胞的反应为主。其憎水性、亲水性、吸附性等都有影响。
3）基质浓度过低会受到限制，过高会抑制。
二、与生物体的因素
1）微生物种类：种属
2）微生物数量
3）微生物种属间的相互作用：协同代谢
三、环境变化
1）温度
2）PH值
3）DO溶解氧
4）有毒物质
5）营养
四、难降解有机物的分类
1）PAH 多环芳烃类化合物、非稠环、联苯、稠环、蒽、萘等；来源：焦化石油化工工业水现代交通工具、工业锅炉，生活家庭炉灶产生烟尘、吸烟等。
2）杂环类、喹啉双环氮、吡啶单环氮、咪唑间氮五元环、焦化及石油化工企业，染料废水：靛蓝，阳丹士林、橡胶废水哌啶及其衍生物硫化促进剂、农药废水、制药废水等。
3）有机氰化物、丙烯腈、乳腈。
4）有机合成高分子化合物：多氯联苯PCB、合成洗涤剂硬性烷基苯磺酸钠ABS 、直链烷基苯磺酸盐LAS 、增塑剂、合成农药、合成染料。
五、多糖的降解
1）溶解性：多糖中的纤维素、支链淀粉、分子量特别高的直链淀粉、用Ca2+沉淀的果胶，纤维素组成单元为脱水纤维二糖C12H12O10不是脱水葡萄糖，是真菌和细菌的纤维素水解酶识别的淀粉和果胶淀粉酶、果胶酶热纤梭菌。
2）不利因素：纤维素总是被木素所包裹，纤维素结晶体是由线性分子排列结构致密，酸或碱可去除木素。
3）脂肪和长链脂肪酸：脂肪酸和甘油组成脂肪，与磷酸构成磷脂，与糖构成糖苷脂，可被微生物重新分解成脂肪酸+xx。
4）脂肪在PH=8以上的情况下才能溶解任何物质被微生物分解是粘附或侵袭的媒介长链脂肪酸厌氧产物为乙酸和氢气67% 33%会因累积而受抑制甲烷菌可利用。
5）酚类碱性破坏单体的酚易被厌氧菌降解苯环上含有三个羟基或甲氧基间苯三酚，VFA可抑制酚类的降解。
6）甘度|做好菌种做好服务
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PEG对生物可降解聚氨酯性能影响的研究 田存1周青1*喻建明1王彤2臧洪瑞2 (1. 北京科聚化工新材料有限公司102200) (2. 北京同仁医院100730) 摘要：以不同分子量的聚乙二醇(PEG)为引发剂，通过开环聚合引发丙交酯和己内酯单体合成聚己内酯-丙交酯-聚乙二醇(PCLA-PEG)的共聚物；用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)对合成的共聚物进行封端，并进行扩链反应制备一系列PEG含量不同的生物可降解聚氨酯。通过红外以及DSC研究了PEG含量对聚氨酯材料结构的影响，发现采用分子量较高的PEG制备的材料，其软硬段相分离程度较高；另外对样品进行了力学性能、亲水性及降解性进行了测试，发现PEG含量增加，样品的力学性能下降，亲水性能提高，降解速度加快。 关键词：聚己内酯-丙交酯；聚乙二醇；生物降解； 生物医用聚氨酯材料具有良好的机械性能、生物相容性、血液相容性以及易加工等特点，被认为是最具有价值的医用合成材料之一。现代医学的治疗对生物高分子材料提出更高的要求，在骨折内固定、人工皮肤、人工血管以及药物控制缓释放等方面，经常需要一些暂时性的医用材料，这就期望高分子材料不仅有良好的生物相容性，而且在创伤愈合或药物缓释放过程中可生物降解和降解产物容易被吸收或代谢，免除了患者二次手术的痛苦。 聚己内酯和聚丙交酯降解后无毒副作用，因此常用其作为软段制备聚氨酯，但是聚己内酯和聚丙交酯均聚物易结晶，降解速率较低[1，2，3]，而加入PEG可以提高其降解速率[4]。因此本文选择用聚乙二醇为引发剂合成聚己内酯/丙交酯共聚物作为聚氨酯的软段，将亲水性较强的PEG引入到分子链中，并且选用脂肪族异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)[5]和1,4-丁二醇(BDO)为硬段，考察软段中PEG含量不同对材料结构与性能的影响。 1 实验部分 1.1主要原料 丙交酯，冷冻密封保存，北京元生融科技有限公司。ε-己内酯，工业级，青岛华元聚合物有限公司， 通过氢化钙脱水，然后减压蒸馏得到除水的ε-己内酯。六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，工业级，烟台万华聚 氨酯股份有限公司。1,4-丁二醇(BDO)，分析纯，天津市津科精细化工研究所，真空脱水后使用。聚乙二醇(PEG)，分子量为400，600，1000，化学纯，真空脱水。辛酸亚锡(T9)，分析纯，天津市永大化学试剂开
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,Biodestructible materials );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
影响生物降解的因素 影响生物降解的因素有被降解的化合物种类浓度，微生物群体的活性如群体的相互作用直接控制反应速度的环境因素。 一．生物降解作用 生物降解是引起有机污染物分解的最重要的环境过程之一。水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物。当微生物代谢时，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供细胞生长所需的碳；另一些有机物，不能作为微生物的唯一碳源和能源，必须由另外的化合物提供。因此，有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢(Growth metabolism)和共代谢(Co-metabolism)。这两种代谢特征和降解速率极不相同，下面分别进行讨论。 1．生长代谢 许多有毒物质可以像天然有机化合物那样作为微生物的生长基质。只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属生长代谢。在生长代谢过程中微生物可对有毒物质进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质去毒效应和相当快的生长基质代谢意味着与那些不能用这种方法降解的化合物相比，对环境威胁小。 2．共代谢 某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。它在那些难降解的化合物代谢过程中起着重要作用，展示了通过几种微生物的一系列共代谢作用，可使某些特殊有机污染物彻底降解的可能性。微生物共代谢的动力学明显不同于生长代谢的动力学，共代谢没有滞后期，降解速度一般比完全驯化的生长代谢慢。共代谢并不提供微生物体任何能量，不影响种群多少。然而，共代谢速率直接与微生物种群的多少成正比，Paris等描述了微生物催化水解反应的二级速率定律： 由于微生物种群不依赖于共代谢速率，因而生物降解速率常数可以用 Kb=Kb2·B表示，从而使其简化为一级动力学方程。 用上述的二级生物降解的速率常数文献值时，需要估计细菌种群的多少，不同技术的细菌计数可能使结果发生高达几个数量级的变化，因此根据用于计算Kb2的同一方法来估计B值是重要的。 3．微生物对环境污染物的生物降解能力 微生物对环境污染物的生物适应能力及降解潜力 生物降解：复杂有机化合物在微生物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分解的过程。 终极降解：有机物彻底分解至释放出无机产物CO2与H2O 的过程。 生物转化：通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变、生成新化合物的过程。 微生物降解污染物的影响因素: 物质的化学结构 生物降解有机物的难易程度首先取决于生物本身的特性，同时也与有机物的结构特征有关。 环境物理化学因素
生物可降解包装材料的特性介绍及其发展趋势 一、生物工程包装材料的概念 什么是生物材料?由于生物材料的内涵丰富，而且从事生物材料研究的又是来自于不同领域的科学工作者，因此目前对生物材料尚无一个很确切的定义。广义的生物材料可以理解为一切与生物体相关的应用性材料。按其应用可分为生物工程材料?生物医用材料和其它生物应用材料。而按生物材料来源可分为天然生物材料和人工生物材料;与此同时材料学的发展使有些材料兼具天然和人工合成的特性。狭义的生物材料指的是能够用来制作各种人工器官和制造与人工生理环 境相接触的医疗用具和制品的材料，即生物医用材料及生物包装材料。 本文所指的生物包装材料是指生物工程材料中的包装材料。其定义是，指利用生物技术，并与生物体相关的包装应用性材料。或称为生物工程包装材料。 二、生物工程包装材料的现状与趋势 当代生物材料产业发展迅速，尤以生物工程材料中的包装材料和生物医用材料的发展最为迅猛。 在包装材料方面，众所周知，由于人类的生产和生活活动在自然界中遗弃了很多不能自然降解的塑料制品，造成的白色污染是世界各国在工业化之后遇到的最严重的环境和社会问题之一。在过去的50 年中，石油塑料和各种聚合物在包装上的应用增长是惊人的，现在全球每年生产1.5X108t价值1500亿美元的各种塑料相关材料。对此
国内外已经提出了很多解决方案，但大都只能部分解决污染问题或用污染转移的方法来掩盖。现在很多发达国家已经通过立法来减少非环保塑料的使用，我国也作出相应的规定。这些都为生物可降解塑料的开发使用提供了很好的机遇。同时世界范围的石油紧张也是促使可持续发展的生物包装材料走向市场的动力。与生物包装材料相比，当代生物用材料已更为产业化，其中生物医用材料及制品已占到全球医疗器械市场份额的一半。而在我国等发展中国家，生物医用材料增长则更快。 预计在今后15—20年间，生物医用材料产业可达到相当于药物市场份额的规模。与此同时，随着生物材料前沿研究不断取得进展，将开拓更为广阔的市场空间，并为常规材料的改进和创新提供导向。 三、几类形成热点的生物工程包装材料 在生物材料中，人工合成的生物材料是研究得最早最多的，研究得较多的还有生物陶瓷?无机材料?金属及合金材料等。其中金属材料应用最早，已有数百年的历史。?而羟基磷灰石是另一种现在研究得较多的合成生物材料，它是哺乳动物硬组织的主要无机成分。自从20世纪70年代日本的青木秀希和美国的Jarcho成功地人工合成了羟基磷灰石，它便成为硬组织修复材料的研究热点。 随着人们对于环保要求的提高，同时也是应生物材料自身生物化的要求，天然及半天然的生物材料受到越来越多的重视。天然生物材料就是由生物过程形成的天然材料，如贝壳?骨?牙齿?蚕丝?蜘蛛丝?木材?蛋壳?皮肤?腱等。由于生物材料是由千万年进化形成，因陋就
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
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。
绿色润滑剂的生物降解性及特点 叶斌,陶德华 (上海大学机械电子工程与自动化学院,上海200072) 摘 要:阐述了绿色友好润滑剂的生物降解性和摩擦化学特点,提出了绿色润滑剂在发展过程中存在的主要问题,并对未来的发展趋势进行了预测。 关键词:绿色润滑剂;生物降解性;机理;基础油;合成酯;添加剂 中图分类号:TE626.3 文献标识码:A 文章编号:100023738(2002)1120021203 Development and Characteristics of G reen Lubricants YE Bin,TAO De2hua (Shanghai University,Shanghai200072,China) Abstract:Characteristics and biodegradability of green lubricants are reviewed.The main problems during devel2 oping process of environmentally friendly lubricants are put forward and the future development trends are predicted. K ey w ords:green lubricants;biodegradability;mechanism;base oil;synthetic ester;additives 1 引 言 随着经济的发展,环境保护已成为全世界的共识。矿物基润滑剂产品由于生物降解性能差,正面临着环境要求的严峻挑战。发展绿色润滑剂成为上个世纪90年代以来润滑剂领域新的发展课题。 绿色润滑剂是指润滑剂必须满足对象的工况要求;润滑剂及其耗损产物对生态环境不造成危害,或在一定程度上为环境所容许。绿色润滑剂又称为环境友好润滑剂(主要包括合成酯和天然植物油),其研究、开发的目的是满足可持续发展的要求,不仅具有普通矿物基润滑剂的性能,而且具有易生物降解性和无生物毒性或对环境毒性最小[1]。现代润滑剂大都由86%以上的基础油,再加上各种添加剂组成。随着对环保的重视和对植物油改性的开发,世界上各大石油公司都已经着手研制开发环境友好型绿色润滑剂以取代传统的矿物基润滑剂[2]。绿色润滑剂在世界范围内的需求量呈逐年上升趋势。我国矿物基润滑剂引起的环境污染同样严重,已引起有关部门和专家的重视,对绿色润滑剂的研究和开发已迫在眉睫[3]。基础油无疑是润滑剂影响环境或 收稿日期:2001211222;修订日期:2001212221 作者简介:叶斌(1967-),男,山东聊城人,上海大学博士生。 导师:陶德华教授生态的决定性因素,本工作主要探讨绿色润滑剂基础油的生物降解性和摩擦润滑化学特性。 2 润滑剂的生物降解机理 润滑剂的生物降解率是指该润滑剂能被自然界存在的微生物消化代谢分解为二氧化碳、水或组织中间体的能力,并以一定条件下、一定时间内润滑剂被微生物降解百分率来衡量。润滑剂的生物降解性即润滑剂受生物作用分解化合物的能力。润滑剂在生物降解过中,总要伴随一些现象产生,如物质的损失、二氧化碳和水的形成、氧气的耗用、热量发生和微生物的增加等。润滑剂发生生物降解有三个必要条件:其一要有大量的细菌群;其二要有充足的氧气;其三要有合适的环境温度。 不同类型的润滑剂有着不同的生物降解过程,目前公认的生物降解过程有三种,即酯的水解、长链碳氢化合物的氧化和芳烃的氧化开环。三种生化降解历程的活化能不同,因此不同类型润滑剂的生物降解性也不同。另外,对同一类型的润滑剂来说,由于其结构不同,经受水解、β氧化和芳烃氧化时的难易程度也不同,因此生物降解性也有很大差异。2.1 合成酯类 酯类化合物在微生物的作用下,首先水解成有机酸和醇,在酶的作用下,通过脂肪酸循环,进一步裂解生成醋酸,再通过柠檬酸循环降解成CO2和 第26卷第11期2002年11月 机 械 工 程 材 料 Materials for Mechanical Engineering Vol.26 No.11 Nov.2002
高分子材料生物降解性能的分析研究进展 摘要:本文介绍了近年来生物降解材料降解方法的研究现状,主要从不同的降解环境,包括在堆肥环境、水性 环境、惰性固体介质环境等进行的材料生物降解性能研究进行了比较、评述与展望。 关键词:生物降解;可生物降解材料;降解环境 高分子材料以其优越的机械性能、良好的持久性以及较低的成本,自20世纪以来得到了非常广泛的应用。但正是由于其在环境中的持久性,废弃的高分子材料对环境的污染也日益扩大,成为一个令全世界关注的环境问题。因此,针对这样的问题,可生物降解材料的研制与使用近年来得到了国内外的热切关注[ 1 ] ,世界各国的科学工作者都在大力开展可生物降解高分子材料的研究。这类材料在使用后,通过堆肥等措施,可以大 部分降解为CO2和H2O,进入生态系统的有机循环中,对环境基本无害。而在这类材料的研究与开发中,其材料的性能指标之一即生物降解性能的分析评价则是一个非常重要且不可或缺的环节,分析评价的环境体系及其标准化工作的研究因此显得非常有意义。本文重点介绍了国内外高分子材料生物降解性能研究的相关评价方法,并从几种不同的降解环境出发,对高分子材料生物降解性能研究进行了分类介绍与评述。 1高分子材料生物降解性能研究的相关评价方法 按美国ASTM 定义:生物降解高分子材料是指在一定条件下,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分解的高分子材料。可分为生物破坏性材料和完全生物降解材料。理想的生物降解材料在微生物作用下,能完全分解为CO2和H2O。 因此,对于可生物降解高分子材料,生物降解能力的分析评价则是表征其性能的一个重要指标。对
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
生物降解材料https://www.doczj.com/doc/9810260547.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%
（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
生物降解材料行业分析报告 二0一二年十二月二十日
目录 1 概述----------------------------------------------------------- 1 2 可生物降解材料概况--------------------------------------------- 1 2.1 定义--------------------------------------------------------- 1 2.2 种类及性能--------------------------------------------------- 1 2. 3 降解机理----------------------------------------------------- 2 2.4 应用范围----------------------------------------------------- 3 3 常见可生物降解材料及发展趋势----------------------------------- 4 3.1 淀粉基生物降解材料------------------------------------------- 4 3.2 聚乳酸（PLA）------------------------------------------------ 5 3.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）-------------------------------------- 6 3.4 微生物合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）------------------------------ 7 3.5 聚己内酯（PCL）---------------------------------------------- 8 4 国内外制定的相关政策------------------------------------------- 8 4.1 国外相关政策------------------------------------------------- 8 4.2 我国相关的政策----------------------------------------------- 9 5 发展面临的问题------------------------------------------------- 9 6 产业化现状---------------------------------------------------- 10 7 未来五年市场需求预测------------------------------------------ 11 8 投资建议------------------------------------------------------ 12
塑料生物降解性能的测试方法 塑料的生物降解性能常用的测试方法包括可视化观察、质量损失、力学性能和分子量的变化、CO释放量／氧气吸收量、平板培养法等。还有一些技术可以用来评估聚合物材料的生物降解性能，包括傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、核磁共振(NMR)、X能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、接触角分析、吸水率等。 对于塑料变化的可视化观察和评估，可用来描述降解后的变化参数和特征包括表面粗糙度、孔洞和裂痕的形成、分裂破碎情况、颜色变化、生物薄膜表面的性状变化等，可通过SEM和原子力显微镜(AFM)进一步观察降解后的结构和探究降解机理。聚合物降解测试中经常采用测定薄膜或条状试样在降解后的质量损失，结合残余材料的结构和分子量等分析，可以获得降解过程的详细信息，有利于探究降解机理和分析影响降解的因素。 断裂伸长率对于聚合物的分子量变化十分敏感，当降解试样分子量发生少量变化时，可用断裂伸长率表征塑料降解的情况。只有当分子量出现较大损失时，才表示酶导致解聚反应的发生，材料出现明显降解，对于非生物降解进程，材料的力学性能会发生显著变化。这种检测通常用于第一阶段非生物降解的情况，如PLA 的降解。 在有氧条件下，微生物利用氧进行新陈代谢生成最终产物CO2，微生物所消耗的氧或生成的CO2可作为聚合物降解情况的一个指标，也是在实验室中进行降解测试最常用的方法。传统方法是采用碱液吸收CO2，通过人工滴定、红外和顺磁性氧检测仪均可检测装置中氧和CO2浓度。但是，自动化和连续性的测试方法要求测定排出气流的检测仪信号要在一段时间内稳定，如果降解过程较缓慢，CO2和氧气浓度过低会导致信号很弱，会增加系统误差影响准确性。 平板培养法是一种简单的半定量方法。将聚合物的细小颗粒均匀撒布在合成琼脂平板中，琼脂平板不透明且不能为微生物提供碳源。接种微生物在平板中培养一段时间后，若在菌落周围形成一个清晰的晕轮，表明微生物能分解聚合物，这是微生物降解材料检测的第一步。此法通常用于测试微生物能否降解特定的聚合物，同时可分析清晰的晕轮区域面积作为一种半定量的降解测试方法。 M．Zenkiewicz等研究了不同处理方法对PLA和改性交联PLA生物降解性影响，经过高能电子辐照和改性交联后的PLA在堆肥过程中降解速率增大，降解后试样平均分子量、熔体流动速率、结晶度、拉伸强度和质量均有不同程度减小，试样颜色有所改变，SEM下观察明显出现孔洞和裂纹，均表明试样发生了显著的降解。H．A．Heartwin等研究了比例为70／30和80／20的淀粉／聚苯乙烯松散填充泡沫的生物降解性，将材料置于可控堆肥罐中测试微生物同化过程中产生的 CO2量，15d时CO2释放量达到最大。通过FTIR和NMR分析堆肥39d后的残余材料发现，淀粉几乎全部降解，剩下的聚苯乙烯也呈现出纤维破碎状，比普通的聚苯乙烯材料更易降解。C．Way等对添加表面处理过的枫木纤维增强PLA复合材料进行有氧堆肥实验，检测堆肥过程产生的CO2来表征生物降解率，经过4个月所有堆肥试样生物降解率均超过90％，大部分接近100％。分析表明复合材料起初的降解是由于堆肥过程中的水解作用所致，分子量的减少是由表面水解、整体
全生物降解材料聚乙烯醇（PVA）/淀粉合金项目简介 塑料包装材料质轻、强度高，可制成适应性强的多功能包装材料，因此人 们对塑料包装的依赖愈来愈大。但塑料包装物的大量一次性使用也产生大量废 弃物，由于这些废弃物量大、分散、收集再生利用成本高昂，而且其原料大部分属惰性材料，很难在自然环境中降解等原因，使得它们对环境造成的污染和 生态平衡的破坏不断积累，已经成为二十一世纪社会与生态的噩梦。 因此解决塑料的自然降解，使塑料进入生态良性循环，解除其对自然与环 境的破坏，成为各国科学家与企业开发热点。 降解塑料的研究开发可追溯到20世纪70年代，当时在美国开展了光降解 塑料的研究。20世纪80年代又研究开发了淀粉填充型“生物降解塑料”，其 曾风靡一时。但经过几年应用实践证明，这种材料没有获得令人信服的生物降解效果。20世纪90年代以来降解塑料技术有了较大进展，并开发了光生物降 解塑料、光热降解塑料、淀粉共混型降解塑料、水溶性降解塑料、完全生物降解塑料等许多新品种。近年来，生物降解塑料特别是生物物质塑料，完全可以 融入自然循环，是最有社会与市场前景的降解材料，已在业界成为共识，并有成果不断涌现。 降解塑料是塑料家族中的一员，对它既要求在用前保持或具有普通塑料的 特性，而用后又要求在自然环境条件下快速降解。稳定与降解本是一对矛盾， 而要求它在同一产品不同阶段实现，难度很大，是集合尖端高新技术的材料。 降解塑料由于它具有易降解功能，只适于特定的应用领域和某些塑料产品，如一次性包装材料、地膜、医用卫生材料等。这些产品受污染严重，不易回收，或即使强制收集利用价值不大，效益甚微或无效益。 当前市场所见的相当部分降解塑料属崩坏性降解，尚不能快速降解和完全 降解。它在一定环境条件下和一定周期内可劣化、碎裂成相对较易被环境消纳 的碎片（碎末），再经过很长时间，最终能降解，但降解的速度远赶不上废物产生的速度。完全生物降解塑料在一定环境条件下，能较快和较完全生物降解 成CO2和水，它与堆肥化处理方法相结合，作为回收利用的补充，被认为是治理塑料包装废弃物污染环境的好办法，是当前国际上的开发方向。 生物降解塑料（BDP）是指在自然界中能被酶或微生物（如细菌、霉菌和藻类）及其分泌物分解利用（包括高分子化合物及其配合物）的材料。 生物降解塑料的降解机理，即生物降解塑料被细菌、霉菌等作用消化吸收 的过程，大致有3种方式： 生物的物理作用——由生物细胞的生长而使物质发生机械性毁坏； 生物的化学作用——微生物对聚合物的作用而产生新的物质； 酶的直接作用——微生物侵蚀部分导致塑料分解或氧化崩裂。 BDP是高分子化学结构等分子层次的研究。其研究无论从地球环境保护的 实际角度，或从开发取之不尽的可再生资源角度，还是从合成高分子的学术研
序号名称COD/(mg/m BOD 5/(mg/m BOD 全/(mg/mg)BOD 5/BOD 全BOD 全/COD BOD 5/COD 可生物降解性一、烃类135******** 不能降解 主要有机化合物可生物降解性的评定 汽油 3.540.110.0312苯 3.070.50 1.150.4350.3750.163经长期驯化可降解3正丁苯 3.220.490.0000.152经长期驯化可降解 4异戊二烯 3.240.430.550.7820.1700.133不易降解5二甲苯 3.170.980.98 1.0000.3090.309经驯化可降解 6松香油 2.10.60 1.20.5000.5710.286可降解7α-甲基苯乙烯 3.11 1.40 1.580.886 0.5080.450 可降解8丙苯 1.6 1.20.750可降解9丙烯不可降解10甲苯 1.870.19 1.10.1730.5880.102经驯化可降解11苯乙烯 3.07 1.12 1.60.7000.5210.365可降解12异戊间二烯 3.290.43 0.550.782 0.1670.131 不易降解13四聚丙烯 3.430.470.137不易降解乙烯基甲苯31013004214 3.10.130.042不能降解 二、醇类15丙烯醇 2.2 1.5 0.682 可降解16戊醇 2.73 1.230.451 可降解25115059817苯甲醇 2.51 1.50.598可降解18丁醇 2.6 1.26 1.43 0.8810.5500.485可降解19丙三醇（甘油） 1.230.770.860.8950.6990.626可降解20一缩二乙二醇 1.270.060.180.3330.1420.047不可降解21 2.70.8 1.80.4440.6670.296二甲基苯甲醇 可降解22异戊醇 2.73 1.50.0000.549可降解23异丁醇 2.6 1.66 1.4 1.186 0.5380.638可降解24甘露醇 1.030.680.660可降解25三甲基-1,3-丁二醇 2.15 1.350.628可降解26 甲醇 1.5 0.77 0.98 0.786 0.653 0.513 可降解 M E R S U R E
可降解生物材料 摘要：本文介绍了可降解生物材料的定义，阐述生物降解材料的降解机理及分类(掺混型、化学合成型、天然高分子型以及微生物合成型材料)。指出降解材料当前存在的主要问题, 并对其发展前景进行展望。 关键词：生物材料；可降解性；降解机理；分类 前言 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]。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两方面问题的有效途径。 1.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]。理想的生物降解材料在微生物作用下,能完全分解为CO2和H2O。 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]。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,其降解作用的形式有3种[5]: 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；生物的生化作用,微生物对材料作用而产生新的物质；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。 2.可生物降解材料的分类及应用 根据降解机理生物降解材料可分为[6]生物破坏性材料和完全生物降解材料。生物破坏性材料属于不完全降解材料,是指天然高分子与通用型合成高分子材料