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% 。
①、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。
②、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。
③、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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