生物基可降解材料的研究與應用

第1章緒論1
1.1生物基高分子材料的分類及特點2
1.1.1生物基高分子分類3
1.1.2生物基高分子特點4
1.2生物基含量測量與評價4
1.3生物基材料的生命周期與化學回收5
1.4生物基材料發(fā)展現(xiàn)狀5
1.4.1生物基材料產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀5
1.4.2生物基材料應用與發(fā)展6
1.4.3發(fā)展生物基塑料的意義7
1.5展望8
第一編生物基材料的生物制造
第2章生物基材料單體的生物制造11
2.1生物制造和生物過程優(yōu)化11
2.1.1分子智能化12
2.1.2途徑智能化12
2.1.3底盤細胞智能化12
2.2生物過程及其智能化途徑13
2.2.1微生物細胞宏觀生理代謝特性13
2.2.2微生物細胞微觀生理代謝特性13
2.2.3反應器流場特性與細胞生理特性相結合14
2.3有機酸類生物基材料單體的生物制造15
2.3.1乳酸的生物制造15
2.3.2長鏈二元酸的生物制造24
2.3.3琥珀酸的生物合成29
2.3.4呋喃二甲酸的生物合成35
2.3.5己二酸的生物合成37
2.3.6生物基對苯二甲酸39
2.4其他生物基聚酯單體42
2.4.1生物基乙二醇42
2.4.21，4丁二醇的生物制造44
2.4.31，3丙二醇的生物制造46
2.5生物基聚丁內酰胺（PA4）單體制備48
2.5.1聚丁內酰胺及其性質49
2.5.2γ氨基丁酸及其生物合成49
2.5.3PA4單體丁內酰胺的制備及合成52
2.6有機酸類生物基材料單體的分離純化54
2.6.1沉淀法54
2.6.2萃取法55
2.6.3離子交換法56
2.6.4膜過濾法57
2.6.5分子蒸餾法59
2.7發(fā)酵過程智能化60
2.7.1發(fā)酵過程參數(shù)60
2.7.2檢測技術62
2.7.3展望65
參考文獻66
第3章生物基聚合物的生物制造80
3.1生物基大分子的合成生物學途徑和底盤細胞的構建方法80
3.1.1底盤細胞81
3.1.2生物基材料合成相關代謝途徑改造及應用88
3.2聚羥基脂肪酸酯的生物合成94
3.2.1PHA的多樣性與生物合成95
3.2.2生物合成PHA的主要策略97
3.3聚乳酸的生物合成103
3.4甲殼素及其生物合成106
3.4.1甲殼素簡介106
3.4.2甲殼素的制備方法109
3.4.3甲殼素的生物合成111
3.5聚丁內酰胺及生物合成113
3.5.1酶轉化法113
3.5.2PA4合成的代謝工程調控策略與底盤細胞篩選113
3.5.3結語115
3.6γ聚谷氨酸116
3.6.1γPGA的制備方法117
3.6.2合成γPGA的微生物118
3.6.3γPGA的生物合成酶系與調控蛋白119
3.6.4微生物合成γPGA工藝優(yōu)化121
3.7ε聚賴氨酸124
3.7.1εPL高產(chǎn)菌育種125
3.7.2εPL的發(fā)酵生產(chǎn)128
3.7.3小結130
3.8聚蘋果酸130
3.8.1微生物合成131
3.8.2聚蘋果酸發(fā)酵的優(yōu)化133
3.8.3應用134
3.8.4發(fā)展前景135
參考文獻136
第4章工程活體材料165
4.1工程活體材料的概念和組成165
4.2工程活體材料的應用研究167
4.2.1基于細菌纖維素的活體材料應用研究167
4.2.2基于生物被膜淀粉樣蛋白的活體材料應用研究169
4.2.3活體材料用于生物傳感的應用研究172
4.2.4基于微生物的活體治療應用174
4.2.5活體建筑材料175
4.2.6活體材料用于電子傳遞與能量轉換177
4.3活體材料的規(guī)?；a(chǎn)和加工177
4.3.1活體材料的規(guī)模化生產(chǎn)177
4.3.2活體材料的制造和加工180
參考文獻183
第二編生物基材料的化學合成與改性
第5章生物基材料的化學合成191
5.1生物基聚酯類191
5.1.1聚丙交酯（PLA）191
5.1.2聚丁二酸丁二醇酯（PBS）201
5.1.3聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）203
5.1.4聚乙醇酸（PGA）205
5.1.5聚對苯二甲酸乙二酯（PET）207
5.1.6聚碳酸酯（PC）209
5.1.7聚氨酯（PU）210
5.1.8聚β羥基丁酸酯（PHB）211
5.2生物基聚丁內酰胺211
5.2.1PA4的化學合成211
5.2.2結語214
參考文獻214
第6章生物基材料的改性221
6.1物理改性221
6.1.1增韌改性221
6.1.2增強改性228
6.1.3阻燃改性232
6.1.4合金化235
6.1.5其他功能化改性239
6.2化學改性239
6.2.1支化改性239
6.2.2共聚改性240
6.2.3端基改性245
參考文獻247
第7章生物基材料的應用開發(fā)254
7.1生物基材料在包裝領域的應用255
7.1.1食品包裝255
7.1.2日用品包裝259
7.1.3汽車領域260
7.2生物基材料在農(nóng)業(yè)領域的應用261
7.2.1在種植業(yè)領域的應用261
7.2.2在林業(yè)領域的應用262
7.2.3在漁業(yè)領域的應用263
7.3生物基材料在醫(yī)學領域的應用264
7.3.1組織工程支架264
7.3.2可吸收手術縫合線265
7.3.3骨釘268
7.3.4藥物控制緩釋載體269
7.3.5醫(yī)用敷料271
7.4生物基可降解纖維材料273
7.5結語275
參考文獻276第8章智能化生物基可降解材料282
8.1形狀記憶材料282
8.2刺激響應生物基可降解材料284
8.2.1智能藥物輸送系統(tǒng)285
8.2.2智能水凝膠285
8.2.3靜電紡納米纖維285
8.2.4響應型智能食品包裝286
參考文獻287
第三編生物基材料的生命周期
第9章生物基材料的降解291
9.1基本概念291
9.1.1可降解塑料291
9.1.2光降解291
9.1.3熱氧降解292
9.1.4水降解293
9.1.5生物降解293
9.2降解性能評價方法294
9.2.1淡水環(huán)境降解295
9.2.2可堆肥化降解296
9.2.3可土壤降解298
9.2.4海洋環(huán)境降解298
9.2.5污泥厭氧消化降解299
9.2.6高固態(tài)厭氧消化降解299
9.3降解機理研究方法300
9.3.1降解程度分析方法300
9.3.2分子量分析方法302
9.3.3表觀形貌分析方法303
9.3.4結構分析方法303
9.3.5力學性能分析方法305
9.4生物基可降解材料的研究進展306
9.4.1聚乳酸306
9.4.2聚羥基脂肪酸酯310
9.4.3聚乙烯醇312
9.4.4聚丁內酰胺314
9.5生命周期評價315
9.5.1生命周期評價的起源和發(fā)展315
9.5.2生命周期評價的意義317
9.5.3案例分析317
參考文獻324
第10章材料的回收與綜合利用327
10.1聚合物材料回收概況327
10.1.1聚合物材料的生命周期327
10.1.2聚合物廢物來源328
10.1.3聚合物材料的回收方法329
10.1.4開環(huán)回收與綜合利用331
10.2機械回收332
10.2.1重用、分類與一次回收332
10.2.2機械回收的方法與步驟333
10.2.3分離方法333
10.2.4機械回收面臨的挑戰(zhàn)335
10.2.5機械回收生物基材料337
10.2.6機械回收生物基材料混合物340
10.3化學回收341
10.3.1化學物質的回收方法和途徑341
10.3.2化學回收純生物基材料343
10.3.3生物基PA、PUR和PC的回收344
10.3.4化學回收生物復合材料346
10.4能量回收348
10.4.1裂解348
10.4.2氣化與加氫裂化350
10.4.3熱解氣化產(chǎn)物毒性352
10.5局限、挑戰(zhàn)與機遇353
參考文獻355
索引358