可降解生物質(zhì)復(fù)合材料

1、可降解生物質(zhì)復(fù)合材料定義：n可降解生物質(zhì)復(fù)合材料，是用木材、竹材、棉、麻及農(nóng)業(yè)剩余物等天然植物纖維，與各種來源于植物資源、且可生物降解的生物塑料，如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內(nèi)酰胺(PCL)等，通過共混、擠出、熱壓、注塑等工藝，制備的生物質(zhì)復(fù)合材料，是一種環(huán)境完全友好的生物質(zhì)復(fù)合材料。 1）世界能源態(tài)勢 為應(yīng)對日益逼近的能源危機和資源約 束，一些利用可再生資源，如木材或其他植物等，生產(chǎn)新型高分子材料，替代以石油資源為來源的傳統(tǒng)高分子材料的技術(shù)也應(yīng)運而生。目前已有從玉米淀粉中制備乳酸，再合成高分子量聚乳酸等一批新型的可生物降解塑料，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。 2) 環(huán)境保護要求

2、 隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人類文明的發(fā)展，人們在生產(chǎn)和生活中消耗著大量不可分解的高分子材料制品，如包裝袋、餐盒、醫(yī)用及日常生活中的一次性用具等，并產(chǎn)生著大量的廢棄物。這些廢棄物在自然條件下極難分解，如采用填埋處理，將占用大量土地，對環(huán)境造成了嚴(yán)重負擔(dān)與污染。而材料中的一些有毒氣體或有機物釋放物質(zhì)，還會危害人體健康。環(huán)境污染與環(huán)境負擔(dān)的問題正越來越受到世界各國政府和民眾的關(guān)注。 1)1)天然植物纖維的特性天然植物纖維的特性 天然纖維來源于木材、竹材等植物，只要天然纖維來源于木材、竹材等植物，只要大量種植，就可以持續(xù)地利用。樹木不僅大量種植，就可以持續(xù)地利用。樹木不僅生長過程對環(huán)境友好，而且其材料加工

3、利生長過程對環(huán)境友好，而且其材料加工利用和廢棄后，也不會對環(huán)境造成污染，是用和廢棄后，也不會對環(huán)境造成污染，是一種環(huán)境完全友好的生物質(zhì)材料，與塑料、一種環(huán)境完全友好的生物質(zhì)材料，與塑料、鋼鐵等對環(huán)境造成日益嚴(yán)重負擔(dān)的材料相鋼鐵等對環(huán)境造成日益嚴(yán)重負擔(dān)的材料相比，木質(zhì)材料的優(yōu)勢將越來越明顯，應(yīng)用比，木質(zhì)材料的優(yōu)勢將越來越明顯，應(yīng)用將再次受到關(guān)注。但由于木質(zhì)材料存在結(jié)將再次受到關(guān)注。但由于木質(zhì)材料存在結(jié)構(gòu)變異性大、材料性能不均勻的缺點，使構(gòu)變異性大、材料性能不均勻的缺點，使用受到一定限制。但如果將木質(zhì)材料經(jīng)過用受到一定限制。但如果將木質(zhì)材料經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計或與其他材料復(fù)合，可改善其性結(jié)構(gòu)設(shè)計或與其他材

4、料復(fù)合，可改善其性能，擴大應(yīng)用范圍。能，擴大應(yīng)用范圍。 2 2）可生物降解塑料的特性）可生物降解塑料的特性 可生物降解塑料，如聚乳酸等，廢棄后可在堆肥條件下自可生物降解塑料，如聚乳酸等，廢棄后可在堆肥條件下自行降解成行降解成H2OH2O和和CO2CO2，是完全無毒的低分子物質(zhì)，而且降解，是完全無毒的低分子物質(zhì)，而且降解產(chǎn)物經(jīng)光合作用還可再形成淀粉等物質(zhì)，成為聚乳酸合成產(chǎn)物經(jīng)光合作用還可再形成淀粉等物質(zhì)，成為聚乳酸合成的起始原料，實現(xiàn)潔凈的碳循環(huán)，是一種完全具備可持續(xù)的起始原料，實現(xiàn)潔凈的碳循環(huán)，是一種完全具備可持續(xù)發(fā)展特性的環(huán)境友好的高分子材料，被稱為發(fā)展特性的環(huán)境友好的高分子材料，被稱為“2

5、121世紀(jì)的環(huán)世紀(jì)的環(huán)境循環(huán)材料境循環(huán)材料”。但是，聚乳酸等生物塑料與其他高分子材。但是，聚乳酸等生物塑料與其他高分子材料一樣，耐熱性差，材料彈性模量易隨溫度升高而明顯下料一樣，耐熱性差，材料彈性模量易隨溫度升高而明顯下降，使用也受到一定限制。另外，其成本高，也是目前制降，使用也受到一定限制。另外，其成本高，也是目前制約大量應(yīng)用的另一個原因。約大量應(yīng)用的另一個原因。 天然纖維材料與可生物降解塑料各具優(yōu)缺點，用其制備天然纖維材料與可生物降解塑料各具優(yōu)缺點，用其制備生物質(zhì)復(fù)合材料，既可改善其性能，又能降低成本，正成生物質(zhì)復(fù)合材料，既可改善其性能，又能降低成本，正成為復(fù)合材料研究領(lǐng)域的新熱點。為復(fù)合

6、材料研究領(lǐng)域的新熱點。o2可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的特點可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的特點 o1)天然植物纖維原料來源廣泛，而且可以再生，材料成天然植物纖維原料來源廣泛，而且可以再生，材料成本低廉，與可生物降解塑料復(fù)合，可以降低復(fù)合材料的本低廉，與可生物降解塑料復(fù)合，可以降低復(fù)合材料的成本；成本；o2)可降解生物復(fù)合材料使用后不會造成環(huán)境污染，更重可降解生物復(fù)合材料使用后不會造成環(huán)境污染，更重要的是來源于可再生的植物資源，可部分替代現(xiàn)有的石要的是來源于可再生的植物資源，可部分替代現(xiàn)有的石油產(chǎn)品；油產(chǎn)品； o3)改善了材料的性能，擴大了材料的應(yīng)用領(lǐng)域；改善了材料的性能，擴大了材料的應(yīng)用領(lǐng)域； o4)廢棄后可

7、以自行分解，不污染環(huán)境，有助于保護環(huán)境；廢棄后可以自行分解，不污染環(huán)境，有助于保護環(huán)境； o5)相對于使用合成樹脂的生產(chǎn)的木質(zhì)復(fù)合材料而言，該相對于使用合成樹脂的生產(chǎn)的木質(zhì)復(fù)合材料而言，該材料屬無甲醛釋放、完全環(huán)保的復(fù)合材料，符合木質(zhì)材材料屬無甲醛釋放、完全環(huán)保的復(fù)合材料，符合木質(zhì)材料的發(fā)展方向。料的發(fā)展方向。 o6)在一定的溫度、濕度及微生物條件下，可實現(xiàn)生物降在一定的溫度、濕度及微生物條件下，可實現(xiàn)生物降解。而在正常使用條件下，這種生物質(zhì)材料是不會發(fā)生解。而在正常使用條件下，這種生物質(zhì)材料是不會發(fā)生自然降解，具有足夠長的使用周期。自然降解，具有足夠長的使用周期。 可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的研究

8、，是隨著人可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的研究，是隨著人們對生態(tài)環(huán)境保護與資源可持續(xù)利用的關(guān)們對生態(tài)環(huán)境保護與資源可持續(xù)利用的關(guān)注，以及近幾年可生物降解塑料在工業(yè)上注，以及近幾年可生物降解塑料在工業(yè)上的應(yīng)用后才開始得到重視的。日本已將生的應(yīng)用后才開始得到重視的。日本已將生物降解塑料作為繼金屬材料、無機材料、物降解塑料作為繼金屬材料、無機材料、高分子材料之后的高分子材料之后的“第四類新材料第四類新材料”。 近些年來，在汽車工業(yè)中，天然植物纖維近些年來，在汽車工業(yè)中，天然植物纖維增強的復(fù)合材料被成功地替代玻璃纖維增增強的復(fù)合材料被成功地替代玻璃纖維增強復(fù)合材料，用于生產(chǎn)汽車零部件，這種強復(fù)合材料，用于生產(chǎn)汽

9、車零部件，這種可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用，也正引起可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用，也正引起包括汽車行業(yè)在內(nèi)的許多相關(guān)行業(yè)的極大包括汽車行業(yè)在內(nèi)的許多相關(guān)行業(yè)的極大關(guān)注。關(guān)注。 根據(jù)美國能源部根據(jù)美國能源部“植物及糧食基可再生資植物及糧食基可再生資源技術(shù)路線圖源技術(shù)路線圖”的規(guī)劃，到的規(guī)劃，到20202020年，基本年，基本化學(xué)建筑材料中，植物基可再生資源材料化學(xué)建筑材料中，植物基可再生資源材料利用要達到利用要達到10%10%；20502050年達到年達到50%50%，預(yù)示著，預(yù)示著生物復(fù)合材料發(fā)展的巨大前景。在我國新生物復(fù)合材料發(fā)展的巨大前景。在我國新制定的制定的國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃國家中

10、長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要綱要(2006(200620202020年年) )中，已經(jīng)把中，已經(jīng)把“開發(fā)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物基新材料裝備具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物基新材料裝備”，作為我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里作為我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里“農(nóng)林生物質(zhì)綜合利農(nóng)林生物質(zhì)綜合利用用”中的優(yōu)先發(fā)展課題。而可降解生物質(zhì)中的優(yōu)先發(fā)展課題。而可降解生物質(zhì)復(fù)合材料屬完全生物基的新材料，符合國復(fù)合材料屬完全生物基的新材料，符合國家的環(huán)保政策和國際復(fù)合材料發(fā)展趨勢。家的環(huán)保政策和國際復(fù)合材料發(fā)展趨勢。 可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域 o目前雖然可生物降解塑料的生產(chǎn)成本遠高于普通塑料，目前雖然可生物降解塑料的生產(chǎn)成本遠高于普通塑料，還未被

11、大規(guī)模地應(yīng)用。但其優(yōu)越的性能，展示了良好還未被大規(guī)模地應(yīng)用。但其優(yōu)越的性能，展示了良好的發(fā)展前景。主要可預(yù)見的應(yīng)用領(lǐng)域有：的發(fā)展前景。主要可預(yù)見的應(yīng)用領(lǐng)域有： o1)1)汽車工業(yè)。目前汽車部件大量采用塑料制品，其中汽車工業(yè)。目前汽車部件大量采用塑料制品，其中很多汽車的內(nèi)飾部件，如德國奧迪、寶馬、奔馳及大很多汽車的內(nèi)飾部件，如德國奧迪、寶馬、奔馳及大眾等國際知名品牌的新型轎車中，門護板、座位靠背、眾等國際知名品牌的新型轎車中，門護板、座位靠背、儀表板等部件，都采用的是普通塑料或纖維儀表板等部件，都采用的是普通塑料或纖維/ /普通塑普通塑料復(fù)合材料料復(fù)合材料( (如塑料部件、聚丙烯木粉板、木纖維如

12、塑料部件、聚丙烯木粉板、木纖維/ /合合成纖維復(fù)合材料、麻纖維成纖維復(fù)合材料、麻纖維/ /塑料復(fù)合材料等塑料復(fù)合材料等) )，每輛轎，每輛轎車天然植物纖維的使用量多達車天然植物纖維的使用量多達20kg20kg，但是所用塑料都，但是所用塑料都是不可降解的。目前，歐洲汽車制造商已經(jīng)開始對可是不可降解的。目前，歐洲汽車制造商已經(jīng)開始對可降解生物質(zhì)復(fù)合材料用于汽車內(nèi)飾件進行研究，并將降解生物質(zhì)復(fù)合材料用于汽車內(nèi)飾件進行研究，并將該類材料作為早期應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。該類材料作為早期應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。 o長安EV概念車 內(nèi)飾采用環(huán)?？山到夥浪畯?fù)合材料o 2)2)建筑及公共設(shè)施部件。室內(nèi)裝飾與裝飾材建筑及公共設(shè)施部件。室內(nèi)裝飾與裝飾材料也將是可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)料也將是可降解生物質(zhì)復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。由于材料的完全可生物降解特性，還