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《非石油基高分子材料聚羟基脂肪酸酯PHA的改性研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第11期高分子通报!1!专论非石油基高分子材料聚羟基脂肪酸酯PHA的改性研究进展*于志方,丁勇超,杨亚亚,潘觉宇,许开天(汕头大学生物医药与先进材料研究中心,汕头515063)摘要:综述了近年来国内外在新型生物可降解材料聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)家族主要代表:聚羟基丁酸酯(PHB)、聚3羟基丁酸酯co3羟基戊酸酯的共聚物(PHBV),聚3羟基丁酸酯co4羟基丁酸酯的共聚物(P3/4HB)和聚3羟基丁酸酯co3羟基己酸酯的共聚物(PHBHHx)的生物、化学和物理三种改性和加工方
2、面的研究进展。通过生物方法可以使PHA材料的化学结构、组成、机械力学性能和成型加工性能更具有多样性和可调性;通过化学途径可以使PHA材料的功能性进一步突出和增强,例如可以使PHA为基础的材料具有优异的生物医学性能,同时也具有好的加工性能;利用物理共混和反应性挤出使PHA材料的所有性能缺陷得到进一步修补,使其更具有实用价值。近十年来,通过以上这些改性手段的结合,PHA力学性能不均衡和成型加工的难题得到了解决,使PHA生物聚酯这类新型非石油基高分子材料得到了飞速发展,其综合性能甚至价格具备了代替部分石油基高分子材料的可能,PHA生物聚酯的规模化工业制造和应用的时代已经来
3、临。关键词:聚羟基脂肪酸酯(PHA);PHB;PHBV;P3/4HB;PHBHHx;加工改性引言生物聚酯聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下,作为碳源和能源贮存而合成的一类热塑性脂肪族聚酯,早期的研究主要是利用其可生物降解性探索[1,2]其在生物、医学方面的应用。从l925年法国巴斯德研究所的Lemoigne在巨大芽孢杆菌细胞中首次[3][4]发现聚R羟基丁酸酯(PHB)颗粒以来,到目前已经发现PHA至少有150种不同的单体结构,并且还在不断地发掘出新的单体结构的PHA。由于PHA的力学性能与
4、某些热塑性材料如聚乙烯、聚丙烯类似,但又可完全降解进入自然界的生[5]态循环,因而被认为是一种可能替代传统的不可降解的、由石油合成的塑料的生物可降解塑料。跟一般的脂肪族聚酯一样,PHA材料也存在着加工和性能上的许多缺点,如热稳定性差,容易水解,加工窗口相对较窄,使其加工成型十分困难,结晶速度太慢使其加工成型周期太长;PHA材料的韧性差,综合机械力学性能较差等,加之生产成本较高,使PHA高分子很难大量应用于替代现在的石油基高分子材料。为了解决PHA面临的这些难题,对其进行各种形式的改性,包括生物改性,化学改性和物理改性,就成了必然的选择。本课题组有着多年的PHA研究
5、经验,除对PHA的生物医学材料的基础和应用研究外,也对PHA的改性加工进行着系统研究,主要以聚3羟基丁酸酯co4羟基丁酸酯的共聚物(P3/4HB)为研究对象,对PHB、聚3羟基丁酸酯co3羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)、聚3羟基丁酸酯co3羟基己酸酯的共聚[6~8]物(PHBHHx)也有一定的研究。以上四种材料也是整个PHA家族中发现较早,研究较全面,性能较优越,都已开始工业化生产,具有较好潜在应用价值的材料。因此以下将对近期国内外在这四种材料基金项目:国家自然科学基金(20474001);作者简介:许开天(1963-),男,教授,研究方向:
6、生物医学高分子材料及非石油基高分子材料的改性与加工;*通讯联系人,Email:ktxu@stu.edu.cn.!2!高分子通报2010年11月改性方面的研究进行一个总结。1生物改性PHB作为最早被发现的PHA品种,对其研究也是最多的。PHB在某些性能上类似于热塑性塑料,[9]由于PHB的化学结构简单规整,其结晶度高达55%~80%,因而表现出脆、硬、断裂伸长率较低,同时由于PHB熔点(180∀)与分解温度(约190~200∀)相近,使得其加工窗口非常窄,在加热温度高于熔点[10]10∀时就会热降解,从而增加了PHB成型加工的难度,这些缺点大大限
7、制了它的应用范围,为了PHA材料的这些缺点得到解决,以后的研究就多集中在以PHB为基础的PHA改性方面。生物改性就是通过细菌发酵,并采用不同的碳源,不同的发酵条件,在PHB的链段上引入其它的羟基脂肪酸的链节单元,以期改善PHB的性能。在通过生物改性制得的PHA材料中,研究比较广泛、改性比较成功的是PHBV、P3/4HB和PHBHHx。11生物改性的PHBV英国Zeneca公司(现为ICI公司)以葡萄糖及丙酸为底物,利用真养罗尔斯顿氏菌(R.eutropha)大[11]规模生产PHBV,商品名为Biopol。Biopol的熔点比PHB低,可溶于乙醇而PHB则不
