生物可降解塑料的生产与应用环境生物工程课件

1、第九章 生物可降解塑料的生产与应用什么是塑料？普通塑料是以合成树脂和配料混合加热而成的物质。按其性质可分成热塑性树脂和热硬性树脂两大类 .热塑性树脂都具有受热后软化的性质 ,如聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、和聚氯乙烯 (PVC) ；热硬性树脂在受热时不会变软 ,如酚醛树脂 ,三聚氰胺甲醛树脂 ,聚氨基甲酸乙脂等。占96以上共性：耐酸碱、抗氧化、耐腐蚀、难降解（埋地百年也不烂）环境问题：白色污染、不可再生石油资源的浪费污染范围广、污染物增长速度快(积累2500万吨/年)、处理难度大、回收利用不易该问题的解决出路可降解塑料的开发可降解塑料1光可降解塑料2高填充碳酸钙(35

2、)降解塑料原理：受日光照射时，光敏剂（铁钴镍铜等的络合物及芳香族化合物等）吸收紫外线而分解放出活性自由基迅速攻击塑料大分子，聚合物被切断成多个较小分子同时被氧化生成-COOH和-CO-，这些较小分子继续被自由基攻击而进一步变小，随着分子量降低，制品会迅速变脆，逐渐崩解成小碎片、小颗粒，当其分子量降至1000以下时易于被微生物食用而消化。（弊端：需光照120d,填埋则失效）深圳绿维3生物可降解塑料原理：碳酸钙中的（CO）光敏基团利于塑料光降解；同时有利于塑料充分焚烧；有利于中和尾气中酸性组分（如SO2、NOx)；节约石油原料。（弊端：填埋则失效）4 前3种的不同掺混 彻底消除白色污染并节约石油资

3、源的根本出路部分可降解塑料PE/淀粉普通塑料/PCL(聚己内酰胺)“/”掺混完全可降解塑料自然成分变性淀粉淀粉/PVA(聚乙烯醇) 淀粉/ PCL壳聚糖/ 纤维素纯发酵PHAs(聚羟基烷酸)细菌产纤维素发酵+合成PLA(聚乳酸)化学合成PCLPEL (脂肪族聚脂)国内水平生物可降解塑料 醇 酸9.1 聚乳酸(PLA)聚乳酸是世界上近年来开发研究最活跃的降解塑料之一。聚乳酸塑料在土壤掩埋36个月破碎，在微生物分解酶作用下，612个月变成乳酸，最终变成CO2和H2O。乳酸？脂化反应乳酸单体彼此发生酯化反应H2O乳酸二聚体n聚乳酸(聚丙交脂)乳酸生物合成+人工聚合PLA(1)聚乳酸生物合成生物糖代谢

4、酵解产物丙酮酸乳酸发酵的产物（参阅生物化学糖代谢内容）工业上一般以乳酸杆菌(lactobacillus)属发酵生产乳酸酸奶酸菜保健品降低乳酸生产成本是关键！如何做呢？菌种选育诱变、基因改造出高产乳酸菌培养1.廉价原料如食品废料或玉米淀粉2.最佳反应条件及反应器选型乳酸分离新技术未公开！乳酸聚合开发催化剂(2)世界聚乳酸生产进展(3)聚乳酸的应用由于目前价格较高，但无生物排异现象，故主要用于医学领域伤口缝合线骨折后“可降解钢板”药物体内缓释胶囊随着价格下降逐渐向日化包装、食品包装、农膜等领域发展。多种细菌体内合成的的碳源、能量储备物9.2 聚羟基烷酸(PHAs)脂代谢乙酰辅酶AR为甲基壬基等，不

5、同单体聚合种类有100种以上其中最常见的R为甲基，即聚羟基丁酸(PHB)另一种常见的PHAs为PHBV（两种单体，R分别为甲基(HB)和乙基(HV)）nPHAs 通式(1)工业生产方式细菌发酵 转基因植物种植 细菌发酵以淀粉、葡萄糖、蔗糖、甲醇等各种原料，产碱菌(Alcaligenes)、转基因大肠杆菌限氮磷流加式分批发酵生产PHB含量可达细胞干重7080成本高：15$/kg(合成塑料1 $/kg)目前攻关方向：进一步提高原料转化率，缩短发酵周期；进一步提高细胞浓度；进一步提高产品提取收率；进一步提高聚合物质量等。优势：植物自身光合作用制造大量免费合成原料理想： 转基因植物生产块茎块根植物油料种子植物极大的降低成本，目前尚在开发之中(2) 应用领域Shampoo bottle Razor Surgical sutures 由于价格问题，应用限于高附加值领域。9.3 变性淀粉改性方法众多，生物降解塑料领域主要使用热塑性变性、抗水性变性天然淀粉详见有关文献方法：热塑加入多元醇、水等增塑剂物理变性或与丙烯酸酯共聚接枝化学变性；抗水淀粉醋酸酯化PCL由 -己内酯经化学合成开环聚合反应而得 是一种热塑性结晶型聚酯 ,熔点为80 ,可在200以上加工