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可生物降解材料(PHA)究竟是什么?

可生物降解材料(PHA)的英文名为:PolyHydroxyAlkanoates,中文名称叫聚羟基脂肪酸,是一种高分子生物材料,大量的存在微生物细胞特别是细菌细胞中。PHA有一些特殊的性能,包括生物可降解性、生物相容性、环境友好性等。

根据可生物降解材料(PHA)单体中碳原子数目的不同将可生物降解材料(PHA)分为3类:短链PHA(scl—PHA),含3~5个碳原子;中链PHA(mcl.PHA),含6-14个碳原子;长链PHA(1cl—PHA),多于14个碳原子。

可生物降解材料(PHA)的分子量为1000~1000000,玻璃态温度为-60℃~+60℃,熔点为+40℃~190℃,它对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET。

可生物降解材料(PHA)有一些特殊的性能,包括生物可降解性、生物相容性、环境友好性等。正是由于这些特殊性能的存在,使得PHA拥有许多潜在的应用前景,各国科学家对PHA进行了很多工艺流程开发和具体性能探索。

可生物降解材料(PHA)在淡水中稳定,但可以在海水或者土壤中完全生物降解,并且降解速度较其他生物材料较快,对环境也没有二次污染,可以代替诸多一次性产品的石油塑料作为大多数物品的包装材料。

可生物降解材料(PHA)的最大的特点是,在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解,并且分解后的产物大多都是水和碳基,也不会污染环境。

这个发现在禁塑背景下使PHA在一次性塑料产品领域的呼声渐起,也为一次性塑料替代产品提供了一种绿色可持续发展的思维。

可生物降解材料(PHA)降解条件

注:此处用的生物基降解材料PHA:100%  

环境中含有能降解PHA的微生物,这些微生物一般在土壤、海水、池塘中都有存在,但是在不同的环境所拥有的微生物活性及其群落数量有所不同,因此PHA的降解速度也有所区别。

环境里拥有足够多的水分、氧气、矿物质和葡萄糖等微生物存活所需要的养分,PHA可以作为微生物的碳源,被微生物摄取利用。微生物在分解消耗PHA时需要进行呼吸运动,因此需要氧气、水分和葡萄糖等提供呼吸运动的原料。

对于不同类型的微生物及聚合物体系,需要提供一定的温度条件(20℃~60℃)和一定pH值(5~8)。

一般认为可生物降解材料(PHA)的降解首先是在一定的条件下,各种附在培养基表面增殖的微生物释放出特定的降解酶。

在降解酶的催化作用下,聚合物分解成很小的分子段,当聚合物分子量降到500g/mol以下时,就很容易被微生物吸收消化。

它的降解速度取决于酶的种类,数量和加入的添加剂等因素。如果不满足上述的条件如在常规的环境下或在淡水中可生物降解材料(PHA)是不会被降解的。

可生物降解材料(PHA)的生物合成主要分为三部分:

主要微生物、主要基质、PHA的代谢途径与调控。主要的微生物有产碱杆菌、假单胞菌、甲基营养菌、固氮菌、红螺菌等;主要基质有糖质碳源(葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等)、甲烷、气体H2/CO2/O2、烷烃及其衍生物等。

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