生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用環(huán)境生物工程課件

1、第九章 生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用什么是塑料？普通塑料是以合成樹脂和配料混合加熱而成的物質(zhì)。按其性質(zhì)可分成熱塑性樹脂和熱硬性樹脂兩大類 .熱塑性樹脂都具有受熱后軟化的性質(zhì) ,如聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、和聚氯乙烯 (PVC) ；熱硬性樹脂在受熱時(shí)不會(huì)變軟 ,如酚醛樹脂 ,三聚氰胺甲醛樹脂 ,聚氨基甲酸乙脂等。占96以上共性：耐酸堿、抗氧化、耐腐蝕、難降解（埋地百年也不爛）環(huán)境問題：白色污染、不可再生石油資源的浪費(fèi)污染范圍廣、污染物增長(zhǎng)速度快(積累2500萬噸/年)、處理難度大、回收利用不易該問題的解決出路可降解塑料的開發(fā)可降解塑料1光可降解塑料2高填充碳酸鈣(35

2、)降解塑料原理：受日光照射時(shí)，光敏劑（鐵鈷鎳銅等的絡(luò)合物及芳香族化合物等）吸收紫外線而分解放出活性自由基迅速攻擊塑料大分子，聚合物被切斷成多個(gè)較小分子同時(shí)被氧化生成-COOH和-CO-，這些較小分子繼續(xù)被自由基攻擊而進(jìn)一步變小，隨著分子量降低，制品會(huì)迅速變脆，逐漸崩解成小碎片、小顆粒，當(dāng)其分子量降至1000以下時(shí)易于被微生物食用而消化。（弊端：需光照120d,填埋則失效）深圳綠維3生物可降解塑料原理：碳酸鈣中的（CO）光敏基團(tuán)利于塑料光降解；同時(shí)有利于塑料充分焚燒；有利于中和尾氣中酸性組分（如SO2、NOx)；節(jié)約石油原料。（弊端：填埋則失效）4 前3種的不同摻混 徹底消除白色污染并節(jié)約石油資

3、源的根本出路部分可降解塑料PE/淀粉普通塑料/PCL(聚己內(nèi)酰胺)“/”摻混完全可降解塑料自然成分變性淀粉淀粉/PVA(聚乙烯醇) 淀粉/ PCL殼聚糖/ 纖維素純發(fā)酵PHAs(聚羥基烷酸)細(xì)菌產(chǎn)纖維素發(fā)酵+合成PLA(聚乳酸)化學(xué)合成PCLPEL (脂肪族聚脂)國(guó)內(nèi)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來開發(fā)研究最活躍的降解塑料之一。聚乳酸塑料在土壤掩埋36個(gè)月破碎，在微生物分解酶作用下，612個(gè)月變成乳酸，最終變成CO2和H2O。乳酸？脂化反應(yīng)乳酸單體彼此發(fā)生酯化反應(yīng)H2O乳酸二聚體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謝

4、酵解產(chǎn)物丙酮酸乳酸發(fā)酵的產(chǎn)物（參閱生物化學(xué)糖代謝內(nèi)容）工業(yè)上一般以乳酸桿菌(lactobacillus)屬發(fā)酵生產(chǎn)乳酸酸奶酸菜保健品降低乳酸生產(chǎn)成本是關(guān)鍵！如何做呢？菌種選育誘變、基因改造出高產(chǎn)乳酸菌培養(yǎng)1.廉價(jià)原料如食品廢料或玉米淀粉2.最佳反應(yīng)條件及反應(yīng)器選型乳酸分離新技術(shù)未公開！乳酸聚合開發(fā)催化劑(2)世界聚乳酸生產(chǎn)進(jìn)展(3)聚乳酸的應(yīng)用由于目前價(jià)格較高，但無生物排異現(xiàn)象，故主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域傷口縫合線骨折后“可降解鋼板”藥物體內(nèi)緩釋膠囊隨著價(jià)格下降逐漸向日化包裝、食品包裝、農(nóng)膜等領(lǐng)域發(fā)展。多種細(xì)菌體內(nèi)合成的的碳源、能量?jī)?chǔ)備物9.2 聚羥基烷酸(PHAs)脂代謝乙酰輔酶AR為甲基壬基等，不

5、同單體聚合種類有100種以上其中最常見的R為甲基，即聚羥基丁酸(PHB)另一種常見的PHAs為PHBV（兩種單體，R分別為甲基(HB)和乙基(HV)）nPHAs 通式(1)工業(yè)生產(chǎn)方式細(xì)菌發(fā)酵 轉(zhuǎn)基因植物種植 細(xì)菌發(fā)酵以淀粉、葡萄糖、蔗糖、甲醇等各種原料，產(chǎn)堿菌(Alcaligenes)、轉(zhuǎn)基因大腸桿菌限氮磷流加式分批發(fā)酵生產(chǎn)PHB含量可達(dá)細(xì)胞干重7080成本高：15$/kg(合成塑料1 $/kg)目前攻關(guān)方向：進(jìn)一步提高原料轉(zhuǎn)化率，縮短發(fā)酵周期；進(jìn)一步提高細(xì)胞濃度；進(jìn)一步提高產(chǎn)品提取收率；進(jìn)一步提高聚合物質(zhì)量等。優(yōu)勢(shì)：植物自身光合作用制造大量免費(fèi)合成原料理想： 轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)塊莖塊根植物油料種子植物極大的降低成本，目前尚在開發(fā)之中(2) 應(yīng)用領(lǐng)域Shampoo bottle Razor Surgical sutures 由于價(jià)格問題，應(yīng)用限于高附加值領(lǐng)域。9.3 變性淀粉改性方法眾多，生物降解塑料領(lǐng)域主要使用熱塑性變性、抗水性變性天然淀粉詳見有關(guān)文獻(xiàn)方法：熱塑加入多元醇、水等增塑劑物理變性或與丙烯酸酯共聚接枝化學(xué)變性；抗水淀粉醋酸酯化PCL由 -己內(nèi)酯經(jīng)化學(xué)合成開環(huán)聚合反應(yīng)而得 是一種熱塑性結(jié)晶型聚酯 ,熔點(diǎn)為80 ,可在200以上加工