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探索PHA材料的奇妙世界,代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料的創(chuàng)新材料

PHA的英文名為:PolyHydroxyAlkanoates,中文名稱叫聚羥基脂肪酸,是一種高分子生物材料,大量的存在微生物細(xì)胞特別是細(xì)菌細(xì)胞中。

其中,R是烷基、烴基等,m為3~14的任意數(shù)字。因此PHA種類繁多,結(jié)構(gòu)具有多樣性。

根據(jù)PHA單體中碳原子數(shù)目的不同將PHA分為3類:短鏈PHA(scl—PHA),含3~5個(gè)碳原子;中鏈PHA(mcl.PHA),含6-14個(gè)碳原子;長鏈PHA(1cl—PHA),多于14個(gè)碳原子。

PHA的分子量為1000~1000000,玻璃態(tài)溫度為-60℃~+60℃,熔點(diǎn)為+40℃~190℃,它對水蒸氣和空氣中大多數(shù)氣體的阻隔性能類似于PET。

PHA有一些特殊的性能,包括生物可降解性、生物相容性、環(huán)境友好性等。正是由于這些特殊性能的存在,使得PHA擁有許多潛在的應(yīng)用前景,各國科學(xué)家對PHA進(jìn)行了很多工藝流程開發(fā)和具體性能探索。

PHA在淡水中穩(wěn)定,但可以在海水或者土壤中完全生物降解,并且降解速度較其他生物材料較快,對環(huán)境也沒有二次污染,可以代替諸多一次性產(chǎn)品的石油塑料作為大多數(shù)物品的包裝材料。

PHA的最大的特點(diǎn)是,在堆肥、土壤、海水等幾乎所有環(huán)境中都可以被微生物分解,并且分解后的產(chǎn)物大多都是水和碳基,也不會污染環(huán)境。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)在禁塑背景下使PHA在一次性塑料產(chǎn)品領(lǐng)域的呼聲漸起,也為一次性塑料替代產(chǎn)品提供了一種綠色可持續(xù)發(fā)展的思維。

PHA降解條件

注:此處用的生物基降解材料PHA:100%

①、環(huán)境中含有能降解PHA的微生物,這些微生物一般在土壤、海水、池塘中都有存在,但是在不同的環(huán)境所擁有的微生物活性及其群落數(shù)量有所不同,因此PHA的降解速度也有所區(qū)別。

②、環(huán)境里擁有足夠多的水分、氧氣、礦物質(zhì)和葡萄糖等微生物存活所需要的養(yǎng)分,PHA可以作為微生物的碳源,被微生物攝取利用。微生物在分解消耗PHA時(shí)需要進(jìn)行呼吸運(yùn)動,因此需要氧氣、水分和葡萄糖等提供呼吸運(yùn)動的原料。

③、對于不同類型的微生物及聚合物體系,需要提供一定的溫度條件(20℃~60℃)和一定pH值(5~8)。

一般認(rèn)為PHA的降解首先是在一定的條件下,各種附在培養(yǎng)基表面增殖的微生物釋放出特定的降解酶。在降解酶的催化作用下,聚合物分解成很小的分子段,當(dāng)聚合物分子量降到500g/mol以下時(shí),就很容易被微生物吸收消化。

它的降解速度取決于酶的種類,數(shù)量和加入的添加劑等因素。如果不滿足上述的條件如在常規(guī)的環(huán)境下或在淡水中PHA是不會被降解的。

PHA的生物合成主要分為三部分:主要微生物、主要基質(zhì)、PHA的代謝途徑與調(diào)控。主要的微生物有產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、甲基營養(yǎng)菌、固氮菌、紅螺菌等;主要基質(zhì)有糖質(zhì)碳源(葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等)、甲烷、氣體H2/CO2/O2、烷烴及其衍生物等。

目前,我國擁有完整的PHA生產(chǎn)鏈的企業(yè)只有為數(shù)不多的幾家,PHA的產(chǎn)量還略有不足,生產(chǎn)成本也較塑料等材料較高,因此,到現(xiàn)在PHA還沒有得到廣泛的應(yīng)用,只是在醫(yī)用方面有些許應(yīng)用。

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