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有关生物降解材料PHA

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[LV.9]元老会员II

发表于 2014-12-23 09:44:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 LoveMolecule 于 2015-10-9 20:15 编辑

关于PHA的资料相对较少,转一3年前的帖子:

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目前在生物基材料中,发展最快的是生物基塑料。这种极具发展潜力的材料可望在许多应用领域替代传统聚合物。为此,本版从今日起专题报道最热门的几类生物基塑料技术的最新进展。

 性能:接近通用塑料


  综合性能不及传统石油基塑料是人们对生物基塑料的普遍印象,也是除价格因素外推广生物基塑料的拦路虎。但随着技术的进步,PHA产品性能目前已经接近通用塑料,获得了欧洲一些厂商的认可,信用卡生产商等对第四代PHA产品表现出了浓厚的兴趣。


  PHA是聚羟基脂肪酸酯类材料的总称,目前产业化品种已有四代。第一代产品的典型代表为均聚物PHB(聚3-羟基丁酸酯)。该材料脆性大,很难大规模应用。为了改善加工性能,人们又研发了第二代产品PHBV(聚3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物)、第三代产品PHBHHx(3-羟基丁酸酯/3-羟基己酸酯共聚物)以及第四代产品P34HB(聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物)。


  深圳市意可曼生物科技有限公司去年在全球率先实现第四代PHA的产业化。该公司总裁钟路华博士告诉记者,P34HB克服了之前产品可选单体少、成本高、难以产业化的难题,具有成本低、发酵效率高、综合性能优异、应用范围广、可在传统塑料加工机械上加工成型等优点。第四代产品P34HB的综合性能已经接近聚乙烯聚丙烯等通用塑料,而且还可以通过调整单体比例,来调节P34HB性能,满足不同应用领域对塑性和弹性的需要。该公司表示,P34HB不仅性能与石油基塑料接近,成本也与石油基塑料相接近。


  原料:上百种可供选择


  清华大学教授、长江学者陈国强接受本报记者采访时表示,PHA以可再生生物质为原料,由微生物直接合成,可生物降解,它已经与PLA(聚乳酸)并列为完全生物降解材料的最热门研究课题。


  他说,与大家熟知的PLA等生物基材料相比,PHA的显著优点是能通过结构调节使最终产品适用于不同的应用领域,而支撑这种优点的就是其单体的多样性。


  国内外研究证明,生物合成PHA新材料的潜力几乎是无限的。据陈国强教授介绍,在2000年时人们就已发现了超过150种的PHA单体。单体结构变化以及共聚物中不同单体比例的不同,给PHA结构变化带来了无限可能。结构的多元化,又带来了性能的多样化。


  PHA可以坚硬如硬塑料,也可以柔软如弹性体,可以制成吹膜级、压片级、吹瓶级、发泡级以及弹性体级的产品。通过调整单体配比,PHA产品性能可以横跨纤维、塑料、橡胶、热熔胶等不同范畴,加上PHA兼具良好的生物相容性,其应用领域已不局限在单一的塑料制品,还可以在农药缓释剂、高性能生化滤膜、医药缓释长效药物载体以及骨钉、手术缝合线、人体整形填充材料方面大显身手。


  产业化:中国已走在前列


  国内外已建、在建或拟建的PHA项目主要有德国慕尼黑Biomers公司1000吨/年和江苏南天集团10吨/年的第一代PHB项目,英国ICI(Zeneca)公司350吨/年、宁波天安生物材料公司2000吨/年的第二代PHBV项目,美国P&G公司5000吨/年的第三代PHBHHx项目,以及美国ADM公司5万吨/年、天津国韵生物科技公司1万吨/年、深圳意可曼生物科技有限公司5000吨/年的第四代P34HB项目。日本三菱瓦斯化学公司、日本卡奈卡公司、美国Metabolix公司、巴西PHB Industrial S/A公司、英国Biocycle公司、德国Biomer 公司和荷兰Agrotechnology&Food Tnnovations公司等也在研发生产相关产品。其中,去年7月底投产的意可曼5000吨/年P34HB项目是全球首个第四代PHA产品产业化项目,是PHA材料产业化的重大突破。


  在几个五年计划和“863”计划支持下,我国生物基材料取得了长足发展。其中,PHA年总产能超过1.5万吨,提供了国际市场上所有PHA类型,使我国PHA产业化种类和产量都处于国际领先地位。



塑料被称为白色污染,是近年来环境的大敌。以聚乙烯为代表的塑料,在自然条件下极难降解,在土里埋50—100年仍旧安然无恙。由于塑料广泛应用于农业生产及日常生活中,所以其产量每年递增,造成了这种人工化合物的大量积累。积累在农田中的塑料可导致土壤板结,活力下降,防碍作物生长,可使作物减产20—40%.而城市垃圾中的塑料则危害着人畜的安全,有很多关于动物误食塑料致死的报道。
  现在人们正在积极寻找可以取代原有塑料的可生物降解的新材料。一类由微生物合成的化合物引起了人们的兴趣,这类化合物为聚β-羟基烷酸酯,简称PHA,它们是由许多个β-羟基化的饱和脂肪酸聚合而成的。脂肪酸可以是丁酸,戊酸或己酸等。
  1925年法国巴斯德研究所的一位研究人员从巨大芽孢杆菌中发现了聚β-羟基丁酸酯(PHB)颗粒,当时这一成果并未引起人们的注意,被锁进科技档案柜里。PHB是PHA中的一种。后来的研究表明,很多种类的微生物都能产生PHA.PHA分子量很大,具有良好的柔韧性和抗张性,并具有良好的可塑性,在实际应用上无异于人工塑料。它的最大优点是可被微生物降解掉,因此人们称它为“生物可降解塑料”。90年代以后,美国已有一家公司建立了第一家生产500吨生物可降解塑料的工厂。我国科学家在开发同类产品上也取得了很重要的进展。
  用细菌生产的聚β-羟基丁酸酯除了替代现有的塑料制品外,还可以用来生产高弹性的无纺布。聚β-羟基丁酸酯无毒性,高纯度的产品可用来做伤口的缝合线及骨骼固定绷带,当用这种缝合线缝合伤口后也用不着拆线,它可以在人体内自行被分解吸收。
  然而,现在PHA的生产成本还比较高,因而产品价格比较昂贵,目前还难以被广泛应用。科学家们正在为这一新型无污染的产品的实用而努力,基因工程专家正试图将产生聚β-羟基丁酸酯的基因转到甜菜或萝卜中,一旦成功,就可以从这些作物中直接得到聚β-羟基丁酸酯。也有的科学家正在构建高产聚β-羟基丁酸酯的基因工程菌,在这些菌中,PHB的产量可占细胞总质量的90%,从而大大的节约发酵成本。如果在成本上PHA能与塑料竞争的话,我们以后就不用再担心白色污染了。


点评

赞  发表于 2015-10-9 20:13
不错,多谢分享  发表于 2015-10-9 10:21
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