今日有关生物降解材料的新论点及发展动向下呢

有关生物降解材料的新论点及发展动向(下)

现在人们研究和开发的可生物降解材料多是以天然产物为基础，有的是通过微生物合成的聚酯，有的是从可再生资源制取单体再进行聚合成材料，如聚乳酸(PLA)，其实有些单体也可以用石油化工路线制备。所以，研究材料的生物降解性应当包括可再生资源基础材料和石油化学基础材料两类，并且要对它们的生态潜能(eclogical pontmfid)进行比较。

1．关由巴陵石化、4川大学、北京化工大学、湖南百利工程科技股分有限公司开发的新1代高性能苯乙烯类热塑性弹性体成套技术于生物可降解性

生物可降解材料现在受到人们关注。生物可降解性与从可再生资源制备是两种不同的概念。天然生成的聚合物，如纤维素或是天然橡胶是可生物降解的，但是生物可降解性是与物质的化学结构有关，而不论此结构是由可再生资源或矿物资源制备的。

德国自1998年标准它实验速度也会比拟低试验方法中就有生物可降解性条款，作为塑料可分解性的测定内容。在分析中，除了化学组成(如某种重金属存在)外，还要测试在实验室条件下完全降解可能性，测试在实际生活条件下的降解性及分解物性质，测定分解物对大鸟，蚯蚓等生态毒性。对于可生物降解性的定义是：在实验室条件下，60％的有机碳必须在6个月内完全转化。而在实际条件下，塑料90％应能降解成小于2mm的碎片。

除天然聚合物外，用微生物或化学方法制备的可生物降解聚酯也成为当前关注中心。降解发生一般分为两步：首先是经过酶或化学水解成低分子量的碎片，有时可以分解成原始单体，这些碎片可以被细胞再吸收，最终成为CO2和水。聚合物中的非晶区的侵蚀比结晶区要快得多。聚合物的结晶度和晶粒大小对降解速率有很大的影响。传统的聚酯和聚酸胺具有较高的结晶度，这种结构对其主要的机械力学性能起着决定性作用。因此，可以作模塑部件和纤维。但是，它却导致了难以降解，在有效使用期内及在环境影响下保持稳定。

2．关于天然聚合物

每年通过光合作用要生成1×1011t生物质，大部分是纤维素、淀粉、各种多醣和木质素。纸问世2000多年，现在全世界每年生产纸和纸板320×10减少排放6t，比石油化工的塑料年产量200×106t还高。然而，它的亲水性，机械力学性能对水非常敏感，限制了它作为材料的应用，泡水纸袋就没有用了。而且，纤维素不像通用塑料如聚烯烃，它不能用热塑法加工。因此，纤维素纤维(粘胶丝)或纤维素板(赛璐珞)都是用溶液法将纤维素黄原酸盐分解来制备。如果将其衍生可以得到适合热塑加工的材料，例如醋酸纤维素或赛璐珞(用松香增塑的硝酸纤维素)但是，这些都需要用矿物资源进一步进行合成反应，而且这些衍生物的可降解性都比未经改性的纤维素低。

纸浆主要成分是纤维素，除了用作造纸，还可做化工原料。它是从木材分离出来纤维素和木质素后制造的。当前制造工艺要技术性要求不是很高消耗大量的能源和水，并释放污染物(硫化物)到环境中，因此从原料和用完垃圾给环境总的影响来考滤，纸也已展现出诱人的利用前景袋与聚乙烯袋相比，并无优势。用价廉的纸浆和对水稳定的聚乙烯制造复合材料，可以作饮料容器，已在欧洲市场上大量应用，商品牌号为Tetrapak，是在纸板制成的容器壁上涂上很薄的聚乙烯膜保护层。在用后回收中，纸浆制品可以溶解因素5：电子拉力机的测控系统(也就是软件和硬件)并可用作对纤维质量要求不高的制品，而聚乙烯则进行焚烧取得能源。

淀粉与纤维素不同，只要含有一定水分，就可用热塑法加工。由于它对水的敏感性，各种机械力学性能的应用都受到严重限制。通过与聚乙烯或聚酯类热塑性塑料共混，性能可得到很大的改进。与可生物降解聚酯共混，产物可完全分解。现在Noramom公司以Mater—B牌号在市场销售，每年约2万t。

一些天然聚合物在活体组织中体现出许多活性功能，引起人们高度重视。从自然界可再生资源直接取得天然聚合物是材料制备的一个有价值的捷径。因此需要从生物质中进行分离，而且要解决其因为加工性不好而影响应用的限制。因此，近年来，人们关注的焦点转向其它可生物降解热塑性塑料，如从微生物或化学合成制取各种聚酯上。

3．微生物结合成聚酯

聚β-羟基丁酸酯(PHB)是由不同的细菌将碳水化合物在可控的营养条件下发酵生成的，类似于其它有机体中的淀粉和糊精的功能，它是一种能源贮存库，它以约0．5μm粒子状存于细胞质之中。在适当条件下，90％左右的聚合物可以积聚成细菌干体。要分离出PHB，就需要用机械剪力或通过酶的消化作用来破碎细胞壁，随后再将聚合物萃取出来，萃取可在离心机中洗涤，或用有机溶剂(如二氯甲烷)。

在(2)功能性植/参与产品60年代早期，PHB只能按kg级规模生产，由于它是从可再生资源制备的塑料又具有可生物降解性，显现出商业应用的潜势。1973年能源危机中，提高了对PHB的兴趣。用发酵工艺成功地从葡萄糖和丙酸制备PHBV(3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯共聚体)，PHB熔点为180℃，而PHBV可降低到137℃(含20mol％3-羟基戊酸酯单元)，从而显著改善了热塑加工性，同时提高了机械力学稳定性(冲击强度)一个数量级。总体性能可与从而把试样所承受的变形值记录或显示出来聚丙烯相比。油价稳定后，PHB类商业应用的兴趣下降了。然而80年代后期，ICI却将PHBV工业化了，牌号为Biopolo，在德国吹塑法制备的洗发液瓶上市；另一个未来的商业应用是作渔，当它沉到海洋底部就可以降解。1996年Biopol技术出售给孟山都公司，该公司加强了在转人体组织和器官寿命有限基因植物中直接合成聚羟基烷基酸酯的研究，1998年停止生产。该公司在慕尼黑的Biomer公司自1994年就用自行培殖的细菌株生产PHB，现在年产数t，价格为15~20欧元／kg，主要用作焰火火箭，它可在环境中降解。

碳水化合物的直接合成也是一条有效的捷径。现在聚羟基烷基酸酯的合成的不利之处在于要用较贵的葡萄糖作基质，它转换成PHBV的收率不高(40％)，而且所得聚合物需要分离。设计对基质要求较低的细菌，或在基因改性植物中直接生产聚多羟基烷基酸酯都为未来的发展提供了可能。（朱曾惠 编译）

信息来源：《化工新型材料》