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摘要本文主要介绍了新型生物降解塑料聚乳酸(PLA),聚羟基丁酸己酸酯(PHBHHx)。目前这两种生物降解塑料技术发展非常快,并且已经用于工业化生产。
关键词生物降解塑料聚乳酸聚羟基丁酸己酸酯
中图分类号:TB32文献标识码:A文章编号:1009-0592(2009)02-353-01
当今社会,随着一次性包装塑料得大量使用,“白色污染”问题变得越来越严重。目前工业发达国家用于包装的塑料为100公斤/每人每年,而我国的这个数字为12公斤/每人每年。但是,随着我国经济的迅速发展,包装的塑料将会不断增加,由此引起的塑料污染问题将不断恶化。所以,寻求一种真正的无污染塑料,成为全世界科学家寻求的目标。而使用生物的方法制造塑料,是得到生物塑料的最好的途径。
大部分塑料属于石油化工产品,大多不具有降解性。20世纪末,随着完全生物降解塑料得大力发展,使用发酵和合成方法制备降解塑料以及用微生物生产降解塑料开始受到人们得重视。越来越多的科学家认为,面对石油化工原料生产成本的上涨和环境污染问题得日受重视,生物降解塑料正在得到更多的推广应用。生物降解塑料可在没有石油的地方发展。相比较而言,以石油原料制造的基本树脂的价格在0.279至0.72美元每千克,而生物降解塑料每千克也大概是这个价格。这说明,由生物降解技术已经取得很大进展,其价格已不再比石油制造的塑料昂贵。目前已有许多不同原料的生物降解塑料被研制出来,而且已有多种技术被运用到工业生产中。
一、聚乳酸(PLA)
聚乳酸(PLA)是由生物发酵生产的乳酸经过化学合成的聚合物,具有良好的生物相容性和防渗透性,生物科降解性,光泽度清晰度和加工性与聚苯乙烯相似,可以被加工成各种包装材料,建筑业用的塑料薄膜,以及化工纺织用的无纺布和纤维等。
聚乳酸属于新型的可完全生物降解的塑料,是世界上近年来研究最广泛的降解塑料之一。聚乳酸塑料在土攘掩埋3-6个月破碎,在微生物分解酶作用下,6-12个月变成乳酸,最终变成二氧化碳和水。聚乳酸的生产首先通过谷物淀粉水解为葡萄糖,葡萄糖由發酵过程转化为乳酸,乳酸进一步浓缩,然后按照缩聚、热解聚、开环聚合和解聚顺序进行聚合。最终得到高分子量的聚乳酸。
聚乳酸是迄今认为最有市场潜力的可生物降解聚合物。卡吉尔—陶氏聚合物公司在美国内布拉斯加州布莱尔兴建的生物法聚乳酸装置于2001年1月投产。据称,这是目前世界上生产规模最大的一套可生物降解塑料装置。这套装置以谷物为原料,通过发酵得到乳酸,再以乳酸为原料聚合,生产聚乳酸。
日本富士通公司成功采用更具抗冲性的生物聚合物用于手机外壳。采用聚乳酸(PLA)材料与具有高玻漓过渡温度的聚碳酸醋混配成台金。据称,这种新的聚合物合金具有与PLA相同的抗热性和模塑性,但抗冲性提高50%。富士通公司计划在未来手机的款式中使用这种新的塑料,以减少对由石油生产的塑料的依赖。
二、聚羟基丁酸己酸酯(PHBHHx)
PHBHHx作为目前惟一的完全由生物合成的生物可降解塑料,发展势头越来越快,PHBHHx是短链和长链单体共聚的PHA,具有硬度和韧性都好的特点。PHBHHx的亲水性、保持蛋白质在材料上有序结构变化的情况及Hela细胞和鼠大脑皮层神经细胞在材料上的生长情况,说明PHBHHx是很有希望成为神经修复材料的。此外,由于PHBHHx的生物降解性, 而且具有比PHB及PHBV更加优良的力学性能,可望就此在医学、 农业、 食品、 日用消费品等方面开发出各种各样的用途。在医学上,在外科领域,典型的PHBHHx应用是做生物材料,如手术试纸、绷带及手术用手套的润滑粉。也可做与血液相容性的膜。还可用做血管移植物或脉管替代物以及骨裂固定盘等,同时,还可作为新型医学材料如骨板、骨钉,以及做出三维支架用于组织工程应用。PHBHHx可开发为高档包装材料和复合材料。如高级化妆品的包装材料。PHBHHx在农业领域,作为药物或农药的缓释载体。利用PHBHHx作为静电印刷的上色剂,解决纸张回收中遇到的塑性油墨难以与纸脱离的问题。PHBHHx的气体阻隔性使其适于食品包装,或代替PET做饮料瓶。PHBHHx还可用做纸和膜上的涂层材料,最近PHBHHx已经被成功的纺成纤维丝,用于制备高保温的衣服。另外PHBHHx还是优良的塑料增塑剂。
虽然PHBHHx具有如此多的优点,但是要想进行工业生产却有困难,关键是难以找到能用于生产目的的生产菌种。以前,PHBHHx还只是个概念上的材料,只能通过极其昂贵的化学手段得到。理论上应该有微生物能够合成PHBHHx。然而,如何从大量的微生物中得到PHBHHx的生产菌是问题的关键。2001年,清华大学成功完成了对于可生物降解塑料专题的公关任务,包括用废糖蜜为原料生产可生物降解塑料聚羟基丁酸酯(PHB)、基因工程菌生产可生物降解塑料PHB、用水解淀粉为原料生产可生物降解塑料PHB及其共聚物PHBV、可生物降解塑料PHB的改性和应用研究等4个子专题.并在此基础上实现了世界上首次规模化生产第三代PHA-羟基丁酸共聚羟基己酸酯(PHBHHx)。在技术研发过程中,他们开发了傅立叶红外技术,生物系对来源不同的大量菌种进行了筛选,得到了能有效合成新型生物塑料PHBHHx的生产菌,然后对该菌进行了小试工艺开发,中试放大,最后在合作企业实现了工业化生产。从而解决了PHBHHx难以工业化生产的难题,为我国的生物可降解塑料工业化研究开辟了广阔的前景。到目前为止国内外还只有清华大学掌握了PHBHHx的生产技术。
由于国内外形势的发展,石油将成为一种价格不断攀升的原料,以石油为基础的材料合成将会变得越来越贵。因此,开发以可持续发展的方法来得到的,能够工业化生产的新型材料,成为实现可持续发展的重要保证,新型生物降解材料便是其中之一。
关键词生物降解塑料聚乳酸聚羟基丁酸己酸酯
中图分类号:TB32文献标识码:A文章编号:1009-0592(2009)02-353-01
当今社会,随着一次性包装塑料得大量使用,“白色污染”问题变得越来越严重。目前工业发达国家用于包装的塑料为100公斤/每人每年,而我国的这个数字为12公斤/每人每年。但是,随着我国经济的迅速发展,包装的塑料将会不断增加,由此引起的塑料污染问题将不断恶化。所以,寻求一种真正的无污染塑料,成为全世界科学家寻求的目标。而使用生物的方法制造塑料,是得到生物塑料的最好的途径。
大部分塑料属于石油化工产品,大多不具有降解性。20世纪末,随着完全生物降解塑料得大力发展,使用发酵和合成方法制备降解塑料以及用微生物生产降解塑料开始受到人们得重视。越来越多的科学家认为,面对石油化工原料生产成本的上涨和环境污染问题得日受重视,生物降解塑料正在得到更多的推广应用。生物降解塑料可在没有石油的地方发展。相比较而言,以石油原料制造的基本树脂的价格在0.279至0.72美元每千克,而生物降解塑料每千克也大概是这个价格。这说明,由生物降解技术已经取得很大进展,其价格已不再比石油制造的塑料昂贵。目前已有许多不同原料的生物降解塑料被研制出来,而且已有多种技术被运用到工业生产中。
一、聚乳酸(PLA)
聚乳酸(PLA)是由生物发酵生产的乳酸经过化学合成的聚合物,具有良好的生物相容性和防渗透性,生物科降解性,光泽度清晰度和加工性与聚苯乙烯相似,可以被加工成各种包装材料,建筑业用的塑料薄膜,以及化工纺织用的无纺布和纤维等。
聚乳酸属于新型的可完全生物降解的塑料,是世界上近年来研究最广泛的降解塑料之一。聚乳酸塑料在土攘掩埋3-6个月破碎,在微生物分解酶作用下,6-12个月变成乳酸,最终变成二氧化碳和水。聚乳酸的生产首先通过谷物淀粉水解为葡萄糖,葡萄糖由發酵过程转化为乳酸,乳酸进一步浓缩,然后按照缩聚、热解聚、开环聚合和解聚顺序进行聚合。最终得到高分子量的聚乳酸。
聚乳酸是迄今认为最有市场潜力的可生物降解聚合物。卡吉尔—陶氏聚合物公司在美国内布拉斯加州布莱尔兴建的生物法聚乳酸装置于2001年1月投产。据称,这是目前世界上生产规模最大的一套可生物降解塑料装置。这套装置以谷物为原料,通过发酵得到乳酸,再以乳酸为原料聚合,生产聚乳酸。
日本富士通公司成功采用更具抗冲性的生物聚合物用于手机外壳。采用聚乳酸(PLA)材料与具有高玻漓过渡温度的聚碳酸醋混配成台金。据称,这种新的聚合物合金具有与PLA相同的抗热性和模塑性,但抗冲性提高50%。富士通公司计划在未来手机的款式中使用这种新的塑料,以减少对由石油生产的塑料的依赖。
二、聚羟基丁酸己酸酯(PHBHHx)
PHBHHx作为目前惟一的完全由生物合成的生物可降解塑料,发展势头越来越快,PHBHHx是短链和长链单体共聚的PHA,具有硬度和韧性都好的特点。PHBHHx的亲水性、保持蛋白质在材料上有序结构变化的情况及Hela细胞和鼠大脑皮层神经细胞在材料上的生长情况,说明PHBHHx是很有希望成为神经修复材料的。此外,由于PHBHHx的生物降解性, 而且具有比PHB及PHBV更加优良的力学性能,可望就此在医学、 农业、 食品、 日用消费品等方面开发出各种各样的用途。在医学上,在外科领域,典型的PHBHHx应用是做生物材料,如手术试纸、绷带及手术用手套的润滑粉。也可做与血液相容性的膜。还可用做血管移植物或脉管替代物以及骨裂固定盘等,同时,还可作为新型医学材料如骨板、骨钉,以及做出三维支架用于组织工程应用。PHBHHx可开发为高档包装材料和复合材料。如高级化妆品的包装材料。PHBHHx在农业领域,作为药物或农药的缓释载体。利用PHBHHx作为静电印刷的上色剂,解决纸张回收中遇到的塑性油墨难以与纸脱离的问题。PHBHHx的气体阻隔性使其适于食品包装,或代替PET做饮料瓶。PHBHHx还可用做纸和膜上的涂层材料,最近PHBHHx已经被成功的纺成纤维丝,用于制备高保温的衣服。另外PHBHHx还是优良的塑料增塑剂。
虽然PHBHHx具有如此多的优点,但是要想进行工业生产却有困难,关键是难以找到能用于生产目的的生产菌种。以前,PHBHHx还只是个概念上的材料,只能通过极其昂贵的化学手段得到。理论上应该有微生物能够合成PHBHHx。然而,如何从大量的微生物中得到PHBHHx的生产菌是问题的关键。2001年,清华大学成功完成了对于可生物降解塑料专题的公关任务,包括用废糖蜜为原料生产可生物降解塑料聚羟基丁酸酯(PHB)、基因工程菌生产可生物降解塑料PHB、用水解淀粉为原料生产可生物降解塑料PHB及其共聚物PHBV、可生物降解塑料PHB的改性和应用研究等4个子专题.并在此基础上实现了世界上首次规模化生产第三代PHA-羟基丁酸共聚羟基己酸酯(PHBHHx)。在技术研发过程中,他们开发了傅立叶红外技术,生物系对来源不同的大量菌种进行了筛选,得到了能有效合成新型生物塑料PHBHHx的生产菌,然后对该菌进行了小试工艺开发,中试放大,最后在合作企业实现了工业化生产。从而解决了PHBHHx难以工业化生产的难题,为我国的生物可降解塑料工业化研究开辟了广阔的前景。到目前为止国内外还只有清华大学掌握了PHBHHx的生产技术。
由于国内外形势的发展,石油将成为一种价格不断攀升的原料,以石油为基础的材料合成将会变得越来越贵。因此,开发以可持续发展的方法来得到的,能够工业化生产的新型材料,成为实现可持续发展的重要保证,新型生物降解材料便是其中之一。