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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型反應(yīng)性共混方法制備可生物降解共聚酯
小類：
能源化工
簡介：
本研究解決傳統(tǒng)塑料（如：聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等）降解性能和生物相容性差，使用后不能生物降解造成嚴(yán)重的“白色污染”問題。通過新型反應(yīng)性共混方法制備的脂肪-芳香族共聚酯既能滿足傳統(tǒng)塑料力學(xué)性能和加工性能的要求，又具有良好的生物降解性能，成為一類新型可替代傳統(tǒng)塑料的生物可降解材料。
詳細(xì)介紹：
隨著大量高分子材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，廢棄高分子材料對環(huán)境的污染日益加劇。全世界每年生產(chǎn)塑料約1.2 億噸，用后廢棄的大約占生產(chǎn)量的50％～60％．然而，廢棄塑料降解過程十分漫長，需要數(shù)百年甚至上千年，隨著其用量的與日俱增，廢棄塑料所造成的白色污染已成為世界性的公害。目前，廢塑料的處理以掩埋和焚燒為主，但這兩種處理方法會產(chǎn)生新的有害物質(zhì)，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)荷，因此開發(fā)環(huán)境可接受的降解性高分子材料是解決環(huán)境污染的重要途徑。 目前研究較多的生物降解高分子材料脂肪族聚酯因其主鏈中含有易水解的酯鍵,且主鏈柔順,很容易在微生物的作用下，通過酶的催化而發(fā)生降解。但脂肪族聚酯在使用過程中所暴露出的諸多缺陷（如熔點(diǎn)低、力學(xué)性能差、成本高等），限制了其作為材料的大量推廣使用。而芳香族聚酯則具有熱性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)勢，但使用后較難降解，極耐微生物的侵蝕。將脂肪族聚酯引入到芳香族聚酯中，得到的脂肪-芳香共聚酯具有良好的機(jī)械性能，易于加工；同時又具有生物可降解性。 因此，設(shè)計(jì)合成脂肪-芳香族共聚酯，使其完美結(jié)合脂肪族聚酯的可降解性和芳香族聚酯優(yōu)異的力學(xué)及熱性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 通過三元反應(yīng)性共混制備的新型共聚酯既能滿足傳統(tǒng)塑料力學(xué)性能和加工性能的要求，又具有良好的生物降解性能，成為一類新型可替代傳統(tǒng)塑料的生物可降解材料，因此可推廣應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境友好的材料領(lǐng)域。共混方法分為物理共混和化學(xué)共混兩種，反應(yīng)性共混是一種化學(xué)共混方法，該方法直接將脂肪族聚酯、芳香族聚酯以及第三組分進(jìn)行三元反應(yīng)性共混。其優(yōu)點(diǎn)是有效地將脂肪族聚酯插入到芳香族聚酯中，降低芳香組分序列長度，并能提高聚合物的分子量，賦予共聚酯生物降解性能。 本作品利用自制的低聚乳酸（OLA）與現(xiàn)有的芳香族聚酯聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）以及第三組分聚乙二醇（PEG）進(jìn)行反應(yīng)性共混，得到可生物降解芳香-脂肪共聚酯；通過改變共混組成，使力學(xué)性能、生物降解性以及生產(chǎn)成本最優(yōu)。該共聚酯具有良好的力學(xué)性能和降解性能，成膜透明性很好。創(chuàng)新點(diǎn)在于：自主研發(fā)合成了低聚乳酸產(chǎn)品；反應(yīng)過程中無有機(jī)溶劑，無需添加任何催化劑；制備工藝簡單，操作容易，便于加工，反應(yīng)設(shè)備普通，成本低。 產(chǎn)品力學(xué)性能經(jīng)江西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測院檢測符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB4455-2006《農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑棚膜》中所規(guī)定的指標(biāo)；科技查新結(jié)果表明在國內(nèi)外文獻(xiàn)中未見利用聚對苯二甲酸乙二醇酯（芳香族聚酯）與低聚乳酸（脂肪族聚酯）合成可降解脂肪/芳香共聚酯的相同研究；技術(shù)通過江西省科技成果鑒定，鑒定結(jié)果符合國家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策，其工藝技術(shù)及性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平；產(chǎn)品經(jīng)九江菲藍(lán)高新材料有限公司和江西麥特科技有限公司試用后，意見為產(chǎn)品具有安全、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且性能優(yōu)越、效果理想，是替代不可生物降解樹脂的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的市場競爭力；技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)讓至江西省西南化工有限公司。 目前，作品已進(jìn)入中試階段，中試工藝流程路線明確；現(xiàn)在正在進(jìn)行選購和安裝中試反應(yīng)設(shè)備。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本作品發(fā)明目的：解決傳統(tǒng)塑料（如：聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等）降解性能和生物相容性差，使用后由于其不能生物降解造成嚴(yán)重的“白色污染” 問題。通過新型反應(yīng)性共混方法制備的共聚酯既能滿足傳統(tǒng)塑料力學(xué)性能和加工性能的要求，又具有良好的生物降解性能，成為一類新型可替代傳統(tǒng)塑料的生物可降解材料，因此可推廣應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境友好的材料領(lǐng)域。 基本思路：利用自制的低聚乳酸（OLA）與現(xiàn)有的芳香族聚酯聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）以及第三組分聚乙二醇（PEG）進(jìn)行反應(yīng)性共混，得到可生物降解脂肪-芳香共聚酯。 創(chuàng)新點(diǎn)：自主研發(fā)合成了低聚乳酸產(chǎn)品；反應(yīng)過程中無有機(jī)溶劑，無需添加任何催化劑；制備工藝簡單，操作容易，便于加工，反應(yīng)設(shè)備普通，成本低。 主要技術(shù)指標(biāo)：通過對原料、投料比以及反應(yīng)條件的選擇，合成的產(chǎn)品透明性好；力學(xué)性能優(yōu)良（拉伸強(qiáng)度：25.8 MPa; 斷裂伸長率：547 %; 直角撕裂強(qiáng)度：132 KN/m ），符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB4455-2006《農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑棚膜》標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的指標(biāo)；具有很好的生物降解性能（土壤包埋4個月完全降解）；產(chǎn)品制成的多孔生物支架在進(jìn)行人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)接種培育后，共聚酯組織工程支架具有很好的細(xì)胞相容性。

科學(xué)性、先進(jìn)性

目前，研究較多的生物降解材料脂肪族聚酯在使用過程中所暴露出的諸多缺陷（如熔點(diǎn)低、力學(xué)性能差、成本高等），限制了其作為材料的大量推廣使用[1]。而芳香族聚酯則具有熱性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)勢，但使用后較難降解，極耐微生物的侵蝕。因此，設(shè)計(jì)合成脂肪-芳香族共聚酯，使其完美結(jié)合脂肪族聚酯的可降解性和芳香族聚酯優(yōu)異的力學(xué)及熱性能[2]，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本作品是利用自制的低聚乳酸與現(xiàn)有的芳香族聚酯聚對苯二甲酸乙二醇酯以及第三組分聚乙二醇進(jìn)行反應(yīng)性共混，得到可生物降解脂肪-芳香共聚酯。該產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)良，具有很好的生物降解性能；而且制備工藝簡單，無需添加任何催化劑，原料廉價易得，產(chǎn)品成本低，是新型的可替代傳統(tǒng)塑料的生物可降解材料。 參考文獻(xiàn): [1]O kada M. Prog. Polym. Sci., 2002, 27: 87-133. [2]王連才,孫勇,馮增國.中國塑料,2003,17(8):1-8.

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2008年10月，產(chǎn)品制成薄膜后經(jīng)江西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測院，力學(xué)性能檢測結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB4455-2006《農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑棚膜》中所規(guī)定的指標(biāo)。 2008年11月，作品通過中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心科技查新后，結(jié)論為在國內(nèi)外文獻(xiàn)中未見利用聚對苯二甲酸乙二醇酯（芳香族聚酯）與低聚乳酸（脂肪族聚酯）合成可降解脂肪/芳香共聚酯的相同研究。 2008年12月31日，作為主要研制人完成的技術(shù)通過江西省科技成果鑒定，鑒定結(jié)果：符合國家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策，其工藝技術(shù)及性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。 2008年12月，產(chǎn)品經(jīng)九江菲藍(lán)高新材料有限公司和江西麥特科技有限公司試用后，意見為產(chǎn)品具有安全、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且性能優(yōu)越、效果理想，是替代不可生物降解樹脂的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的市場競爭力。 2009年5月，作品獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽江西賽區(qū)一等獎。（具體見附件）

作品所處階段

作品已進(jìn)入中試階段，中試工藝流程路線明確；現(xiàn)在正在進(jìn)行選購和安裝中試反應(yīng)設(shè)備。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)已轉(zhuǎn)讓,轉(zhuǎn)讓費(fèi)60萬元

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

新型反應(yīng)性共混方法制備可完全生物降解脂肪/芳香共聚酯從實(shí)用性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等多方位綜合考慮，具有推廣應(yīng)用的條件： (1)實(shí)用性：與同類普通塑料具有相當(dāng)或相近的力學(xué)性能和加工性能； (2)降解性：在完成其應(yīng)用功能后，能在土壤包埋下較快地完全降解； (3)經(jīng)濟(jì)性：生產(chǎn)成本低（大約為20000元/噸），價格低于同類生物降解塑料。國際市場的全生物降解塑料價格都在5000美元/噸偏上。國內(nèi)市場中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)價格35000元/噸，聚乳酸(PLA)價格48000元/噸。 因此，無論在產(chǎn)品性能還是生產(chǎn)成本方面都具有較強(qiáng)的市場競爭力。產(chǎn)品在包裝、餐飲業(yè)、一次性日用品、農(nóng)用薄膜、藥物緩釋體系、醫(yī)學(xué)臨床、醫(yī)療器材等諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

同類課題研究水平概述

目前研究的生物降解性脂肪族聚酯主要有聚琥珀酸丁二酯、聚己二酸丁二酯、聚乳酸、聚乙交酯、聚-3-羥基丁酸酯等，其中有些已商品化。然而隨著研究的不斷深人，脂肪族聚酯逐漸暴露出了自身的弊端熔點(diǎn)低，力學(xué)性能、加工性能差以及疏水性高，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中對材料性能多方面的要求。熱塑性芳香族聚酯熱性能穩(wěn)定，力學(xué)性能良，便于加工，但生物降解性能很差，不能單獨(dú)作為降解材料使用。因此，設(shè)計(jì)合成脂肪-芳香族共聚酯，使共聚酯兼?zhèn)渲咀寰埘ズ头枷阕寰埘サ膬?yōu)點(diǎn)。 國內(nèi)外制備生物降解共聚酯的方法主要有三種： 1、二元酰氯（如：對苯二甲酰氯等）與二元醇（如：乙二醇、1，4-丁二醇等）以及脂肪族二元醇（如：環(huán)己烷二甲醇、聚乙二醇）或脂肪族聚酯（如：聚乳酸、聚丁二醇丁二酸酯等）一起溶解在有機(jī)溶劑中，在適宜的溫度下進(jìn)行溶液縮聚；此方法缺點(diǎn)在于原料配比必須嚴(yán)格控制1:1，反應(yīng)需使用有機(jī)溶劑，反應(yīng)時間長，共聚酯分子量不高。 2、芳香二元酯（如：對苯二甲酸二甲酯、對苯二甲酸乙二醇酯等）與二元醇以及脂肪族二元醇或脂肪族聚酯一起投入反應(yīng)釜中，先在相對較低的溫度下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，然后再升高溫度、提高真空度，進(jìn)行熔融縮聚反應(yīng)；此方法目前研究較多，缺點(diǎn)在于需使用催化劑，并且反應(yīng)過程中會產(chǎn)生甲醇、丁醇等醇類單體，給工業(yè)化生產(chǎn)帶來不變，生產(chǎn)成本高。 3、利用現(xiàn)有的商業(yè)化芳香族聚酯（如：聚對苯二甲酸乙二醇酯等）與脂肪族二元醇或脂肪族聚酯在高溫、高真空度下直接進(jìn)行反應(yīng)性共混，此方法研究國內(nèi)外剛剛開始。其優(yōu)勢在于可縮短聚合反應(yīng)時間，避免長時間反應(yīng)導(dǎo)致脂肪族聚酯分解；反應(yīng)過程中不產(chǎn)生甲醇、丁醇等醇類單體，操作簡單，成本低；反應(yīng)不需要使用有機(jī)溶劑，反應(yīng)安全；反應(yīng)過程中無需任何催化劑，避免分離共聚酯中殘留的催化劑。 2001年德國BASF公司將其開發(fā)的完全生物降解芳香-脂肪共聚酯塑料 Ecoflex 產(chǎn)品推向市場，主要用作垃圾袋、一次性包裝袋。美國Eastman 化學(xué)公司開發(fā)“Easter Bio”產(chǎn)品是一種可完全生物降解的共聚酯，此樹脂用來制造農(nóng)用薄膜、垃圾袋、食品包裝容器等。Du Pont公司還開發(fā)了以PET為基礎(chǔ)的“Biomax”產(chǎn)品，該類產(chǎn)品可以制成纖維或薄膜，也可以制成熱成型包裝材料。國內(nèi)在脂肪-芳香共聚酯環(huán)境友好材料領(lǐng)域的研究剛剛開始，目前還未見有商業(yè)化產(chǎn)品推出。
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