第九章 生物可分解高分子.ppt

生物可分解高分子 班級:化材三乙 組員:孫嘉 陳建 陳凱 楊文 林家一、簡介 自1970年代開始，人們開始意識到使用後隨意拋棄的塑膠廢棄物對環境生態及野生動物產生極大的危害，同時為了擺脫對日趨枯竭的石油資源為依賴及減緩地球之溫室效應，有機物質的再利用及以生物高分子製造之塑膠產品使用後再予以堆肥處理等之永續經營觀念已逐漸受到重視。基於此，全球各國近年來紛紛致力於生物高分子製造塑膠的研發，並對其後續之堆肥化的處理研究均投入相當之人力與經費，再加上許多先進國家以環保作為貿易之門檻，而使得生物可分解材料的產品如雨後春筍般湧出 什麼是生物可分解塑膠？ 一般而言生物可分解塑膠其可生物分解的能力是依其化學結構及最終產品之組成而定，而不是只依其生產時所使用的原料，因此，生物可分解塑膠的製品可以是以天然性的樹脂粒為基礎，也可以是以合成樹脂粒為其基礎。天然性質的生物可分解塑膠主要是以可再生資源為原料；如澱粉，且該塑膠脂粒可以是以天然方式或合成方式來製造，一般稱此類之塑膠為BDP(Biodegradable Plastic)，若以非可再生性資源原料所合成的生物可分解塑膠脂粒則是屬於石油體系，一般稱此類之塑膠為BP(Bio- Plastic)，兩者主要差別就是原料來源。基於市場應用所需的材料功能下，許多天然體系的生物可分解塑膠也會和石油體系的生物可分解塑膠作混合加工製作以滿足市場的材料功能要求。 生物可分解高分子塑膠除了在原料資源及分解機構上的差異外，在製造上也可被區分成三大類，每一類方法之特性敘述如下: 一、澱粉系 澱粉為一種具有高度生物分解性的天然高分子，然因欠缺熱可塑性而不適用為塑膠原料，因此目前已開發之產品多為經過物理加工或化學改質者。所謂的物理加工，與其他的生物分解性高分子混練後，就可使用傳統的塑膠用成形機使之成形。現在市面上販售的澱粉系生物分解性塑膠，大多是由這種混練加工方式製得。 二、微生物系 微生物系生物分解性塑膠是以聚酯與聚氨基酸為主流產品。目前已知可由藍綠藻、氮氣固定菌、枯草菌及光合成細菌等100 種以上的細菌來生產聚酯。然後再將生產過剩的聚酯轉換成能或碳質貯存物質的形式蓄樍於細胞內。在這一事實受到注目後，乃利用醱酵設備並選擇出最適條件下培育微生物，再藉以大量生產出聚酯，經過萃取與分離精製後，即可得到符合要求的聚酯。這一類聚酯可為自然界中存在的微生物分解成二氧化碳與水，並且在170~180℃左右熔解，但其成形性與一般的塑膠並無兩樣。 三、化學合成系 通常塑膠是由聚縮合等化學合成技術來大量生產，成本也可因大量生產而大幅降低。雖然脂肪族聚酯最先是由微生物醱酵法合成產出，但是各家公司還是也頗重視化學合成的方法，產品也是集中在脂肪族聚酯。主要的化學合成生物分解性塑膠計有PCL、PLA(聚乳酸) 與PVOH等三種產品。 塑膠材質之高分子化學結構，可經由某些機制(Mechanism)在暴露的環境中分解。分解過程中，塑膠之理化特性逐漸轉弱而變脆，並分裂成碎片，再經由 水解、溶解或微生物分解成簡單分子而消失。可分解塑膠之分解速率常因暴露環境不同而異。依技術原理可歸納成四大類，包括(一)生物分解；(二)光分解； (三)水解；(四)溶解。產品發展以前兩類技術為主 (一)生物分解(Biodegradation) 生物分解是藉生物的活動作用而使物質分解，通常是經由微生物如細菌，黴菌、放線菌所分泌的酵素將物質分解消化。製造可生物分解塑膠有二種方法：第一種是在不分解的塑膠材質中摻添可生物分解物質。第二種是製造本身容易遭受酵素分解的高分子。 添加物法：此方法是在聚乙烯等不分解的合成高分子中添加一種可分解的天然高分子如澱粉，通常此方式還需添加催化劑(accelerators)以加速分解。　 分解機制有二：首先澱粉顆粒被微生物分解消耗，使高分子基質的組織變成多孔性，導致塑膠製品物性弱化和表面積增加。另一分解機制是脂肪或脂肪酸自氧化劑與 土壤或水中的金屬鹽類接觸而反應，產生了過氧化物。高分子鏈遭受過氧化物的攻擊而斷裂，此一分解機制的效率與塑膠的表面積成正比。因此，兩種分解機制乃是 相輔相成，相得益彰。高分子鏈的斷裂不僅弱化了物理特性，並且將高分子裁剪成小分子，而終被微生物分解成最終產物水和二氧化碳。  生物高分子(Bio-polymers)：此類高分子通常是微生物發酵所產生的天然塑膠。目前已成功發展出可以完全分解的生物高分子(Biopol)，例如聚 基丁酯(PHB)或聚基丁酯與戊酯共聚物(PHBV)，係利用細菌發酵製得之新穎熱塑性聚酯材料。由於PHB為一脆性材料