生物可降解塑料的生产与应用环境生物工程课件.ppt

1、n什么是塑料？n普通塑料是以合成树脂和配料混合加热而成的物质。n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、难降解耐酸碱、抗氧化、耐腐蚀、难降解（埋地百（埋地百年也不烂）年也不烂）环境问题：白色污染、白色污染、不可再生石油资源的浪费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该问题的解决出路可降解塑料的

2、开发可降解塑料的开发可可降降解解塑塑料料1光可降解光可降解塑料塑料2高填充碳酸高填充碳酸钙钙(35)降降解塑料解塑料原理：受日光照射时，光敏剂光敏剂（铁铁钴镍铜等的络合物及芳香族化合物等）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：弊端：需光照需光照120d,填埋则失效）填埋则失效）深圳绿维3生物可降生物可

3、降解塑料解塑料原理：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：弊端：填埋则失效填埋则失效）4 前前3种的不种的不同掺混同掺混 彻底消除彻底消除白色污染白色污染并节约石并节约石油资源的油资源的根本出路根本出路部分可降部分可降解塑料解塑料PE 淀粉淀粉普通塑料普通塑料/PCL(聚己内酰胺聚己内酰胺)“/”掺混掺混完全可降完全可降解塑料解塑料自然成分自然成分变性淀粉变性淀粉淀粉淀粉 PVA(聚乙烯醇聚乙烯醇)淀粉淀粉 PCL壳聚糖壳聚糖 纤维素纤维素纯发酵纯发酵PHAs(聚聚羟基烷酸羟基烷酸)细菌产纤维素细菌

4、产纤维素发酵发酵+合成合成 PLA(聚乳酸聚乳酸)化学合成化学合成PCLPEL(脂肪族聚脂脂肪族聚脂)生物生物可降可降解塑解塑料料 醇 酸9.1 9.1 聚乳酸聚乳酸(PLA)n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。CCOOHOHCH3H乳酸乳酸脂化反应脂化反应乳酸单体彼此发生酯化反应OHCCOOHCH3OHCCOOHCH3H2OOCCOOHCH3OHCCOCH3乳酸二聚体乳酸二聚体OCCOOCH3n聚乳酸(聚丙交脂)乳酸生物合成乳酸生物合成+人工聚合人工聚合PLAPLAn(1)(1

5、)聚乳酸生物合成聚乳酸生物合成n生物糖代谢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）n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！菌种选育诱变、基诱变、基因改造因改造出出高产乳酸高产乳酸菌菌培养1.廉价原料廉价原料如如食品废料食品废料或玉米淀粉或玉米淀粉2.最佳反应最佳反应条件及反应条件及反应器选型器选型乳酸分离新技术新技术未公开！未公开！乳酸聚合开发催开发催化剂化剂(2)(2)(3)(3)聚乳酸的应用聚乳酸的应用n由于目前价格较高，由于目前价格较高，但无生物排异现象，但无生物排异现象，故主要用于医学领域故主要用于医学领域n

6、伤口缝合线n骨折后“可降解钢板”n药物体内缓释胶囊n随着价格下降逐渐向随着价格下降逐渐向日化包装、食品包装、日化包装、食品包装、农膜等领域发展。农膜等领域发展。n多种细菌体内合成的的碳源、能量储备物9.2 9.2 聚聚 羟基烷酸羟基烷酸(PHAs)脂代谢脂代谢乙乙酰辅酶酰辅酶AnR为甲基为甲基壬基等，不同单体聚合种类有壬基等，不同单体聚合种类有100种以上种以上n其中最常见的其中最常见的R为甲基，即为甲基，即聚聚羟基丁酸羟基丁酸(PHB)n另一种常见的另一种常见的PHAs为为PHBV（两种单体，两种单体，R分别为分别为甲基甲基(HB)和乙基和乙基(HV)）CHCH2COROnPHAs 通式通式

7、n细菌发酵细菌发酵 转基因植物种植转基因植物种植n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：成本高：15$/kg(合成塑料1$/kg)目前攻关方向：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。n优势：优势：植物自身光合作用制造大量免费合成原料n理想：理想：极大的降低成本，目前尚在开发之中Shampoo bottle Razor Surgical sutures 由于价格问题，应用限于高附加值领域。9.3 9.3 变性淀粉变性淀粉n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详见有关文献n方法：方法：n热塑热塑加入多元醇、水等增塑剂物理变性或与丙烯酸酯共聚接枝化学变性；n抗水抗水淀粉醋酸酯化nPCLPCL由-己内酯经化学合成开环聚合反应而得 n是一种热塑性结晶型聚酯,熔点为80,可在200以上加工,且与多种聚合物有较好的相容性，完全可生物降解。9.4 9.4 聚己内酯（聚己内酯（PCL PCL (2 2)5 5 )）变性变性淀粉淀粉掺混掺混化工化工合成合成聚己聚己内酯内酯为主为主具体共聚方法和参考相关资料具体共聚方法和参考相关资料