可生物降解材料聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(phbv)的改性研究

《可生物降解材料聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(phbv)的改性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1章文献综述1．1引言化学合成塑料因其质轻、强度高、稳定等优良性质与低廉的价格已成为现代社会不可缺少的重要材料，在国民经济中发挥重要作用。但其固有的不可降解性却使大量的塑料废弃物对环境造成严重的污染。而且由于目前废弃塑料的回收利用用率很低，又造成资源的巨大浪费。传统的以末端治理为主的塑料垃圾处理方法虽然能在一定程度上减轻其污染，但代价昂贵，且易造成二次污染，已是当务之急，势在必行。目前世界上许多国家都在积极开展这方面的研究，并已有许多产品问世。如将光敏基因或淀粉、纤维素、微生物聚酯等掺入聚乙烯、聚丙烯等，所得塑料可被光解成微小片段，使其结构完

2、整性受到破坏，从而减轻环境污染，但由于这种微小塑料片段极有可能造成二次污染，所以对这类部分可降解塑料目前仍存有异议。此外有一类生物可完全降解塑料，以微生物聚枉酯为原料制成，在自然条件下可被一些微生物完全分解利用，不会对环境造成任何污染，是从源头上解决“白色污染"的新型材料。聚羟基烷酸(polyhydroxyalkanoate，简称PHA)便是其中最重要并已经开始投放市场的一种塑料原材料。PHA除具有完全的生物降解性外，还具有与化学合成塑料(从聚丙烯到合成橡胶)相似的物理机械性能，以及生物相容性、光学活性、无毒性、压电效应等优良特性，在工业、农业

3、、医学等领域均具有广泛的应用前景。在PHA中对PHB的研究最多，但发酵法生产的PHB是一种全同立构高结晶性聚酯，在常温下表现出极大的脆性；在熔融状态下极不稳定，易于分解，使其加工窗口很窄，生产成本很高【4】。这些缺点使其难以推广应用，因而必须进行加工改性。在发酵工程中加入3一羟基戊酸单元(HV)而生成聚(3．羟基丁酸酯⋯CO3羟基戊酸酯)(PHBV)是日前最有效的一种途径。PHBV分子式如下：武汉工程大学硕士学位论文‘Hl’《HV)但PHBV并不能完全克服PHB的缺点，须进行进一步的改性。1．2PHA的类型与颗粒状况聚羟基烷酸酯(简称PHA)是

4、许多微生物在营养不平衡的条件下合成的细胞内碳源和能源贮藏性聚合物，其分子通式可表达为【5】：RO七。一lI七c鼗：弦是箍其中n=l，2或3，大多数情况下n=l即3一羟基脂肪酸。R代表侧链，多为不同链长的正烷基，也可以是支链的、不饱和的或带取氏基的烷基。R为甲基时聚合物为聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate，简称PHB)；R为乙基时为聚羟基戊酸酯(polyhydroxyvalerate，简称PHV)，以下类推。根据单体中碳原子的数目可以将PHA分为两类：短链PHA(short．chain．1engthPHA，sclPHA)，单体为

5、含3巧个碳原子的羟基脂肪酸酯，如3．羟基丁酸的聚合物羟基丁酸酯PHB；中链PHA(medium．chain．1engthPHA，mclPHA)，单体为含6～14个碳原子的羟基脂肪酸酯。相当一部分mclPHA中含各种功能基团，如烯、支链烷基、卤素、酚及氰等。此外，在一定的条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物。依共聚物的单体组成可分为三类【31：①短链羟基脂肪酸酯共聚物(sclPHACopolymer)，以PHBV[3。羟基丁酸酯和3．羟基戊酸酯的共聚物[poly(3．hydroxbutyrate⋯CO3hydroxyvale．rate)]为代

6、表。②中链羟基脂肪酸酯共聚物(mclPHACopolymer)，以3．羟基辛酸(3．hydroxyoctanoate)为主的各种中链羟基脂肪酸酯共聚物。⑧短链与中链羟基脂肪酸共聚物，4第1章文献综述尤指羟基丁酸与中链羟基脂肪酸单体组成的共聚物P(HB．CO．HAmcl)。所有的PHA的羟基脂肪酸酯单体都是D型的，根据微生物和生长条件的不同PHA分子量在2x105到3×106范围内。PHA以分立的颗粒形式存在于细胞质中，根据微生物种类不同，PHA颗粒的数目和大小不同161。细胞中抽提出来的PHA是结晶状态的，而活细胞内的PHA并不呈现为刚性的固体

7、，而是远高于其玻璃化温度的可动的无定形弹性体f71。1．3PHA的理化性质和应用1．3．1PHA的理化性质与化学合成的高分子材料相比，依单体的组成不同，PHA有从硬的晶体到软的弹性体等一系列不同聚合物的性质。此外PHA还有生物相容性、光学活性、压电效应等独特性质。关于PHA理化性质的研究工作主要集中于PHB。由表卜1可见PHB和聚丙烯PP有很多相似之处，优点是比重大、透氧率低、抗紫外线照射。但由于PHB有较硬、脆性大、易老化等缺点，且在稍高于其熔点的温度(害41200℃)下即发生热降解，使熔点加工过程难于控制，人们已开始人为改善PHB的性质，使

8、PHA应用于更广阔的领域。表1．1PHB和聚丙烯(PP)性质比较性质PHBPP武汉工程大学硕士学位论文同聚的PHV熔点105．1080℃，热熔86．9