来自可再生材料的生物聚合物是目前使用的传统石油基塑料的有前途的替代品，尽管它们在性能和加工性方面面临限制。天然填料已被确定为创造可持续复合材料的战略途径，废弃副产品形式的天然填料受到了特别关注。

因此，这篇文章的主要重点是提供一个环境友好的聚羟基烷酸酯(PHA)聚合物及其复合材料的最新突破的广泛概述。

PHA是通过糖和脂肪酸的细菌发酵获得的脂肪族聚酯，被认为在应对可持续发展挑战以替代各种工业部门的传统塑料方面发挥着关键作用。此外，文章审查了生物可降解聚合物和聚合物复合材料的潜力，特别强调了天然复合材料，目前的趋势和未来的市场前景。

越来越多的环境问题促使人们开始讨论在日常使用中将可生物降解材料与天然填料相结合的重要性，强调需要明确的框架和经济激励措施来支持这些材料的使用。最后，它强调了解决聚合物行业环境挑战的持续研究和开发工作的不可或缺的必要性，反映了所有行业对可持续材料日益增长的兴趣。

自从引入不同的石化基聚合物制造工艺以来，塑料工业有了显著的发展。塑料有几个优点，包括耐用性、重量轻和价格低廉，从包装到基础设施组件，所有塑料材料中大约有一半是一次性使用的。全世界每年生产4亿多吨塑料，几乎没有回收利用，对环境造成严重破坏，需要采取紧急行动。

预计到2050年，主要塑料废物的产量将达到250亿吨，这促使了可持续发展的重大进展。到2025年，领先的塑料包装公司打算在其产品中使用100%可回收、可生物降解或可重复使用的塑料。

欧盟和High Ambition雄心勃勃联盟正在领导关于减少塑料污染的法律强制文书的讨论，这是朝着长期解决方案迈出的关键的第一步。由于最近的大规模生产，塑料的环境寿命仍然未知，大多数品种需要数千年才能分解，这取决于当地的环境变量。

因此，固体废物已成为一个主要的全球性问题，导致转向由天然填料和聚合物制成的环境友好型材料来缓解这一问题。聚合物由长的、重复的分子链组成，具有不同的键合和结构特性。

聚合物复合材料是通过将聚合物添加到其他材料、纳米材料、添加剂和其他化合物中，使其比金属、木材和皮革等传统材料更好、更便宜而制成的[4]。目的是获得一种具有改进性能的材料，例如增加的强度、耐久性、增加的韧性、较低的密度和用于一系列工程应用的轻质设计。

除了可生物降解之外，由生物成分组成的生物复合材料还具有无毒和使用更安全的优点，其优点包括减少污染物排放和减少对不可再生资源的依赖。

聚羟基烷酸酯(PHAs)是由几种细菌在营养胁迫环境下产生的微生物聚酯，具有与传统聚合物相似的热塑性特征。然而，它们相对较高的成本限制了它们在一次性产品中的应用，主要限于高价值应用，如医疗和制药行业。

增加PHA复合材料的使用需要降低原始PHA的生产成本，并使用低成本的天然和无机填料。例如，含有来自农业和工业作物如玉米、小麦、甘蔗渣等的木质纤维素纤维和天然填料的复合材料已显示出具有低密度和有价值的机械性能等优点，并用于包装、汽车和建筑行业。

PHA是在营养限制条件下由微生物产生的可生物降解聚合物，为传统的石油基塑料提供了可持续的替代品。PHA是一种类似于石化塑料的热塑性材料，由羟基链烷酸制成。

单体的性质由其碳链的长度决定；中链PHA具有弹性，而短链PHA类似于常规聚合物，如聚丙烯。常见的PHA聚合物(如PHB和PHBV)充当细菌能量储存的底物，就像植物淀粉和动物脂肪一样。在整个工业PHA生产过程中，富含能量的原料被转化为脂肪酸。

纯化的聚合物粉末或颗粒是通过细胞经历的分离、溶解和提取循环产生的。聚-3-羟基丁酸酯(P3HB或PHB)可能是最常见和研究最广泛的PHA，来源于细菌对糖或脂肪的发酵，其特征在于其高结晶度和脆性。

生物复合材料，其中来自可再生副产品的天然纤维与PHA混合，正在推动可持续材料的发展。生物复合材料将来自可再生副产品的天然纤维与PHAs混合，是可持续材料创新的驱动力。

木材和农业废弃物等来源的天然纤维具有高强度、低密度和可再生性等优良特性，非常适合用作复合材料的增强材料。生物复合材料结合了天然纤维和PHA，用于各种包装和汽车应用]。它们改善机械性能，加速生物降解，减少环境影响。这些生物复合材料有望成为长期的替代品。研究人员也在调查转基因细菌菌株中PHA的产生。

PHA基材料在主流应用中的使用越来越多，这可归因于它们的生物降解性和生物相容性。PHA与共聚物如聚乙二醇(PEG)的共聚可以改变PHA的机械和热特性。含有大麻、蕉麻、亚麻和洋麻等纤维的生物复合材料的机械性能超过了纯聚合物。

PHA复合材料的性能受诸如纤维模量、长径比、形态和界面粘合等因素的影响。改善PHA生物降解的努力集中于天然填料和纤维，它们将水和酶的通道引入聚合物基质，加速降解。PHA是有用的生物材料，由于其结构可变性和适应性，在许多领域具有广泛的应用前景。

尽管存在上述障碍，如高生产成本和分子不稳定性，但人们一直在努力降低成本和扩大PHA的商业利益，使其成为一种具有广阔应用前景的多功能材料。PHA现已嵌入我们日常生活的许多部分，并用于所有行业。

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