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生物质材料简介剖析第1页/共29页 生物质材料的诞生面对石油基塑料造成的“白色污染”问题，20世纪90年代国际材料界提出了生态材料（ecomate rials)的概念。生态材料：只要经过改造能达到节约资源、并与环境协调共存要求的任何一种材料。2003年11月，第一届生物基聚合物国际会议在日本召开。会议对生物基聚合物定义为：生物基聚合物是由可再生资源(如淀粉、秸秆等)、二氧化碳等为原料生产的聚合物，如聚酰胺、多糖、聚酯、聚异戊二烯类、多酚及它们的衍生物、混合物和复合物。第2页/共29页 定义生物质 指利用大气、水、大地, 通过光合作用而产生的各种有机体。生物质的主要组成元素为C、H 和O 。生物质材料 指由动物、植物及微生物等生命体衍生而来，主要由碳、氢、氧，三种元素构成的有机高分子物质。 以二氧化碳通过光合作用产生的淀粉、纤维素、半纤维素等可再生资源为原料生产、并且使用后可以在自然环境中被微生物或光降解为水和二氧化碳、或者通过堆肥作为肥料再利用的聚合物称作生物质材料(Biomass materiaI)。第3页/共29页 生物质材料的分类 淀粉与可生物降解塑料混炼 二氧化碳共聚物 生物合成可生物降解塑料 生物合成前体再化学聚合生成可生物降解塑料第4页/共29页 淀粉与可生物降解塑料混炼采用脂肪族聚酯或者脂肪族聚酯混合淀粉制造，脂肪族聚酯主要包括以可再生资源为原料生产的聚乳酸、由微生物合成的聚羟基脂肪酸酯(如PHB、PHA)等，还有以石油为原料合成的聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚体。此类材料性能尚不能完全与石油基塑料媲美，只能用做一般包装，但价格相对便宜。第5页/共29页 二氧化碳共聚物二氧化碳聚合生产的可降解塑料目前它的应用主要集中在包装和医用材料上，但成本 还是很高第6页/共29页 生物合成可生物降解塑料由微生物直接合成生产的热可塑性高分子材料主要是β一 羟基丁酸酯类聚合物。 主要为美国M e t b o x i公司和中国的宁波天安公司，但产品的结晶性太强，机械物性不好，容易被热降解，难以进行加工，且成本较高，只能用于生物医学工程和组织工程等高价值产品。第7页/共29页 生物合成前体再化学聚合生成最典型的以可发酵糖为原料生物合成前体再化学聚合生成可生物降解塑料就是聚乳酸聚乳酸不仅具有良好的生物相容性，还具有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法。可以作为一种重要原料可像聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等热塑性塑料那样加工成各种下游产品，包括薄膜、包装袋、包装盒、食品容器、一次性快餐盒、饮料用瓶等；由于透气性好，它还可以作为一种出色的材料用于纺丝织布，加工成聚乳酸内衣、外套和袜子等纺织品。第8页/共29页 典型的生物质材料甲壳素基材料纤维素基材料淀粉基材料魔芋葡甘聚糖第9页/共29页 淀粉基材料 淀粉及其水解产物葡萄糖经发酵可产生醇、醛、酮酸、酯、醚等有机化学品，可作为生产高分子材料的原料 淀粉经物理、化学或生物的方法进行改性可制备多种淀粉衍生物，并已广泛应用于造纸、纺织、制革、胶粘剂、制药、化妆品、洗涤剂、超吸水材料、水处絮凝剂等领域。 以热塑性淀粉及淀粉衍生物为基底添加增塑剂或者将淀粉及其衍生物作为添加剂与可降解的合成高聚物共混、接枝共聚等可制备生物可降解塑料。第10页/共29页 产品全淀粉热塑性塑料 淀粉含量在90%以上，添加的其他组分也是可降解的。 制造原理为使淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性能的淀粉，其淀粉分子构型发生变化，但其化学结构并没有改变。第11页/共29页 应用第12页/共29页 淀粉与可生物降解塑料混炼第13页/共29页 甲壳素基材料第14页/共29页 甲壳素的存在天然有机化合物中，数量最大的是纤维素（植物生成），其次是甲壳素（动物生成）。估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿~1000亿吨。甲壳素是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、昆虫外壳、真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中。第15页/共29页 甲壳素、壳聚糖的应用 功能材料 医药卫生方面的应用 食品工业中的应用 农业中的应用 轻纺工业中的应用 在水处理中的应用第16页/共29页 功能材料液晶 由于壳聚糖分子链上有氨基和羟基，可进行各种化学修饰，从而可提供比纤维素液晶更多的液晶理论知识和开发出更多的液晶材料。第17页/共29页 功能材料智能材料 有一类高分子水凝胶，能感知外界环境的细微变化（如pH值、离子强度、温度、紫外光和可见光及