生物基高分子材料课件.ppt

生物基高分子材料;内容;什么是高分子？;高分子材料;高分子材料在日常生产中发挥了重要作用;目前已占轿车总重量的20％！;塑料是汽车工业的重要原材料;3D打印技术;富勒烯C60，Fullerene C60 碳纳米管，Carbon Nanotube;2011年三大合成材料产量8161万吨;合成纤维：早已是世界最大的生产和消费国。2011年，合成纤维原料表观消费量3223万吨（进口45%）。 合成橡胶：从2009年开始成为世界最大的生产和消费国。2011年消费382万吨（进口38%）。 塑料：2010年成为世界第一大生产和消费国。2011年表观消费量达7400万吨（进口35%）。;人类面临的挑战：资源（水、能源等）、粮食、医疗与健康等等。 能源：世界70亿人，12亿人在发达国家，目前40亿人在搞工业化。世界人均消费石油17桶/年，美国30桶，中国3桶多。按照西方过去的发展模式，世界石油需求会增加很快，无法满足。 必须创造新的发展模式，寻找新的替代能源。 为给新模式和新能源发展更充裕的时间，我们目前必须开发节能技术（同时减排）。“未来30年最大的新能源就是节约能源”。 高分子材料可以作出很大的贡献。 ;隔热、保温材料（美国48%能源，加热、制冷和照明） 海水淡化的反渗透膜 太阳能电池用材料 克服“魔三角”的轮胎胎面胶材料 合成润滑油 无双酚A的食品包装用塑料材料 生物基高分子材料 高温橡胶 电动汽车用材料;目前地球上每年通过光合作用产生的有机物大概 有2200亿吨。 多糖和蛋白质等均为化学纤维的重要原料。 天然蛋白质 大豆蛋白、蓖麻蛋白、玉米蛋白、花生蛋白等 牛奶蛋白、蚕丝蛋白、胶原蛋白等 天然多糖 纤维素、淀粉、甲壳素、海藻酸、木质素等;可再生天然高分子材料总量每年超过100万亿吨;2008年4月16日;韦尔奇：绿色可以赢利 （Green is green） ;;生物基塑胶材料研发;;生物降解高分子材料 Biodegradable;1、淀粉、纤维素等 2、聚乙烯（巴西15万吨/年） 3、聚乳酸（PLA，近10万吨/年） 4、环氧化合物/二氧化碳共聚物 5、脂肪族聚酯(PBS) 6、聚羟基脂肪酸脂(PHA) 等 7、半生物基塑料：PTT、PET;;天然高分子;常见的天然高分子; 淀粉是自然界植物体内存在的一种高分子化合物。在自然界中的产量仅次于纤维素。植物以叶绿素为催化剂。通过光合作用将二氧化碳和水合成葡萄糖。;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。;由于淀粉的分解温度低于其熔解温度，所以淀粉必须经塑化以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化剂，这些塑化剂会和淀粉的分子形成氢键以削弱淀粉分子间的氢键作用从而改善其力学性能和加工性能。常用的塑化剂有小分子多元醇等。 提高淀粉的耐水性能，降低其降解速率以及改善湿环境下这类材料的力学性能的另外一种有效方法是交联。交联就是在交联剂存在的情况下使共混物中的羟基和其它活性基团反应。最近通过微波辅助在固态下也实现了玉米淀粉的交联。另外加入光敏剂与淀粉及其衍生物共混，用紫外光照射时间来控制交联度的技术也有报道。高度交联后，淀粉共混体系耐水性明显提高，材料硬化、韧性下降。在实际应用中交联度通常控制在较低水平以兼顾体系的各项性能。;淀粉生产工艺流程示意图;与淀粉共混的可降解合成高分子主要有聚乙烯醇(PVA)和聚酯类聚合物等。由于PVA与淀粉、纤维素结构有一定的相似性，因此PVA可以方便地与淀粉、再生纤维素等共混以改善它们的物理机械性能，从而制备出可完全生物降解的材料。淀粉和聚乙烯-乙烯醇共混物有着良好的机械性能，其加工性能可与聚苯乙烯（PS）以及线性低密度聚乙烯相媲美，但主要缺陷是对低湿条件敏感，易脆化。;淀粉基生物降解塑料的发展历程 第一代—— 7%~30%淀粉与聚烯烃（如PE，PP）共混物，淀粉降解后留下一个多孔聚合物不能在降解。 第二代——≥50%的淀粉以连续相存在，与亲水性聚合物进行活性共混、产生较强的物理和化学作用，有较好的生物降解性，力学性能介于LDPE和HDPE之间。 第三代——热塑料淀粉(TPS)、天然淀粉、高直链淀粉或支链淀粉直接挤塑或注塑得到的全淀粉塑料。;淀粉基生物降解塑料制品;;特点;PLA 即聚乳酸分子 结构式如下： ; PLA的生物降解性;聚乳酸的产业循环; 聚乳酸的生物化学合成  开环聚合法;直接缩聚法;聚乳酸的改性研究;聚乳酸的物理改性;增塑改性 是在高聚物中混溶一定量的高沸点、低挥发性的低分子量物质，从而改善其机械性能与加工性能。 例子 往干燥后的高分子量PLA中添加增塑剂混匀注射成样，该材料弹性高、透明度