聚羟基烷酸酯 (PHA) 是一种典型的利用微生物直接制造的可降解生物聚酯[1],因具有热塑加工性、生物相容性和生物可降解性而受到人们的广泛关注[2],被认为是替代传统石油化工塑料中具有潜力的新材料之一[3]。
目前,PHA材料可被应用于水溶胶、纤维[4]、包装[5]、塑料制品、医用植入材料[6]、支架材料[7]、手术缝线、可控药物缓释载体等。然而PHA也存在热稳定性差、加工窗口较窄等缺陷,因此国内外专家和学者利用不同方法对PHA进行改性研究,如生物改性、化学改性、物理改性等。
以下将从PHA的种类、改性研究进展几方面进行概述和总结。
随着石油资源日益紧缺和废弃塑料不当处理而带来白色污染的日益严重,以生物质为原料的可降解高分子材料逐渐成为了当前研发的热点。
PHA大的特点是几乎在任何环境(堆肥、土壤、海水)中都可以被微生物分解,可望成为一种环境友好型高分子材料, 为解决“白色污染”带来希望。
图片来源:danimerscientific
合成方式
聚羟基脂肪酸酯(PHA)的合成方法有生物合成法和化学合成法2种。
生物合成法
细菌合成法:不同的微生物在合适的条件下可将不同的发酵底物转化为PHA 。
基因工程法:将合成PHB 的产碱杆菌属富营养细菌的有关酶引入油料植物中,获得转基因植物, 从这些转基因植物的细胞或质体中克隆合成PHB。基因法省掉了细菌法中PHB和细菌的分离提纯步骤,可降低合成成本。
化学合成法
β-丁内酯的开环聚合过程有2种方式:
方式一:内酯环中的羰基与氧原子之间键断裂, 产物中外消旋体很少;
方式二:内酯环中的β-碳原子与氧原子之间的键断裂, 能够产生对映体发生外
消旋作用。
种 类
PHA由于其单体是手性R型的羟基脂肪酸,单体可以有多种侧链、多种碳链长度,所以其聚合形成的PHA也就多种多样,目前已有100多种不同的单体被报道。
根据PHA单体碳原子数的不同,可以将PHA分为两类:
近十年来,由两种或两种以上单体组成的PHA已引发诸多关注。因此,根据单体的种类,可以讲PHA分为两类。
PHA是由微生物合成的一种生物基材料(bio-based materials),是细菌在生长条件不平衡时的产物,其生理功能首先是作为细菌体内的碳源和能量的储存物质。于1926年被法国科学家Lemoigne发现,他在巨大芽孢杆菌中发现了聚3-羟基丁酸(PHB)天然高分子
不同PHA性能比较