聚羥基脂肪酸酯

1、聚羥基脂肪酸酯聚羥基脂肪酸酯(PHA , polyhydroxyalkanoates)近20多年迅速發(fā)展起來的 生物高分子材料聚羥基脂肪酸酯(PHA)， 是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。因 為PHA同時具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的熱加工性能。 因此同時可作為生物醫(yī)用材料和生物可降解包裝材料，這已經(jīng)成為近年來 生物材料領(lǐng)域最為活躍的研究熱點(diǎn)。PHA還具有非線性光學(xué)性、壓電性、氣體 相隔性很多高附加值性能。天然的或合成的生物可降解的高分子材料往往有很高的水蒸氣透過性， 這在食品保鮮中是不利的。而PHA則具有良好的氣體阻隔性，使其可能應(yīng) 用在較長時間的鮮

2、品保鮮包裝上。因?yàn)樗拇┩甘潜ｕr包裝中的重要指 標(biāo)，PHA在這一點(diǎn)上的性能是完全可以和現(xiàn)在的 PET、PP等產(chǎn)品等相比的。 另一方面，PHA還具有較好的水解穩(wěn)定性，將PHA用75C的自動洗碗機(jī)總 洗20個循環(huán)，PHA制成杯的形狀和分子量都沒有發(fā)生變化，表明PHA可以很好地用于器具生產(chǎn)。此外與其它聚烯烴類、聚芳烴類聚合物比，PHA還具 有很好的紫外穩(wěn)定性。PHA還可作為生物可降解的環(huán)保溶劑的來源，如3-羥基丁酸乙酯EHB(ethyl3 一hydroxy 一butyrate)是水溶性的，聚有低揮發(fā) 性，可以用于清潔劑、膠)粘劑、染料、墨水的溶劑。正因?yàn)镻HA匯集了這些 優(yōu)良的性能，使其可以在包裝

3、材料、粘合材料、噴涂材料和衣料、器具類材料 、電子產(chǎn)品、耐用消費(fèi)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、自動化產(chǎn)品、化學(xué)介質(zhì)和溶劑等領(lǐng)域中 得到應(yīng)用。與PLA等生物材料相比，PHA結(jié)構(gòu)多元化，通過改變菌種、給料、發(fā)酵過程可以很方便地改變PHA的組成，而組成結(jié)構(gòu)多樣性帶來的性能多樣 化使其在應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。根據(jù)組成PHA分成兩大類：一類是短鏈PHA(單體為C3-C5)，一類是中長鏈PHA(單體為C6-C14)，這些年已有報道 菌株可合成短鏈與中長鏈共聚羥基脂肪酸酯。PHA的生產(chǎn)經(jīng)歷了第一代PHA聚羥基丁酸酯(PHB)，第二代PHA羥基丁酸酸共聚酯(PHBV)和第 三代PHA聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯(PHBHH

4、x )的生產(chǎn)，而第四代PHA 羥基丁酸羥基辛酸(癸酸)共聚酸PH-BO(PHBD)尚處于開發(fā)階段。其中作為 第三代PHA的PHBHHx是由清華大學(xué)及其合作企業(yè)實(shí)現(xiàn)了首次大規(guī)模生產(chǎn)。 與傳統(tǒng)化工塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程相比較，PHA的生產(chǎn)是一種低能耗和低二氧 化碳排放的生產(chǎn)，因此從生產(chǎn)過程到產(chǎn)品對于環(huán)境保護(hù)都是很有利的。PHA生產(chǎn)的另一條可行的途徑是利用轉(zhuǎn)基因植物來實(shí)現(xiàn)。PHA在植物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成為一種可持續(xù)、可再生的材料 生產(chǎn)方式。現(xiàn)在已在煙草、馬鈴薯、棉花、油菜、玉米、苜蓿等植物中實(shí)現(xiàn)了包 括PHB、PHBV以及中長鏈PHA等不同PHA的合成。而其中在馬鈴薯塊根中的 PHA

5、合成是最具生產(chǎn)前景的。目前PHA的價格還很難和石油化工塑料相競爭， 而聚丙烯的價格低于1美元/kg，而一些最便宜的生物可降解塑料的價格為3-6美元/Kg,而當(dāng)今理想的PHB的生產(chǎn)成本為4美元/kg，隨著規(guī)模的擴(kuò) 大，生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低，但很難達(dá)到 2-3美元/kg，這主要是由于細(xì)菌發(fā)酵底物成本所決定。但通過轉(zhuǎn)基因植物的PHA合成，有望將PHA的成本 大大降低，因?yàn)橹参锢枚趸己吞柲苌a(chǎn)植物油和淀粉的成本分別 為0.5-1美元/kg和0.25美元/kg，另外植物中PHA的提取過程也有了較好 的研究，提取成本不高于細(xì)菌中PHA的提取成本。PHA在植物中的生產(chǎn)將使 經(jīng)濟(jì)作物的可再生資源使用大

6、大地邁進(jìn)，這個項(xiàng)目的成功可能使到2020年植物生產(chǎn)基本化學(xué)原料和材料中可更新資源的使用達(dá)到現(xiàn)在的5倍。PHA因其良好的生物降解性和生物相容性在藥物緩釋體系中發(fā)揮著越 來越重要的作用。最早的PHA作為藥物釋放包裹微球的研究是1983年對于 PHB的研究，之后隨著PHBV的發(fā)展，PHA的藥物包裹研究帶來了很大的進(jìn) 展。研究表明可通過調(diào)節(jié)PHA的單體組成、分子量、藥物包裹量、包裹顆粒大 小實(shí)現(xiàn)藥物的可控速率釋放。此外，很多學(xué)者還利用PCL等其他聚合物與PHA進(jìn)行混合包裹藥物的研究也取得了一定的成果。在PHA近十年的研究熱潮中，雖然在生產(chǎn)和應(yīng)用方面的主要技術(shù)專利仍掌握在美、歐、日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)中，但

7、我國這幾年在這方面的研究取得了長足的進(jìn)展，在生產(chǎn)方 面掌握了一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的菌種和后期工藝，特別是近兩年在組織 組織工程研究方面有較好的研究成果，已有多項(xiàng)專利處于申請公開期，這 些為PHA作為我國有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物材料今后的產(chǎn)業(yè)化打下了良好的 基礎(chǔ)。PHA既是一種性能優(yōu)良的環(huán)保 生物塑料，又具有許多可調(diào)節(jié)的材料性能， 其隨著成本的進(jìn)一步降低以及高附加值應(yīng)用的開發(fā)，將成為一種成本可被 市場接受的多應(yīng)用領(lǐng)域生物材料。由于它是一個組成廣泛的家族，其從堅 硬到高彈性的性能使其可以適用于不同的應(yīng)用需要。PHA的結(jié)構(gòu)多樣化以及 性能的可變性使其成為生物材料中重要的一員。相對于PLA，PHA發(fā)展的歷

8、史很短，發(fā)展的潛力更大，其應(yīng)用的空間也更大。深圳奧貝爾完成可完全生物降解材料產(chǎn)業(yè)化中試來源：深圳特區(qū)報發(fā)布時間：2006-1-6全球第二條年產(chǎn)5000噸生物降解材料生產(chǎn)線明年將在深圳建成可完全生物降解，實(shí)現(xiàn)環(huán)保材料完全綠色”的產(chǎn)業(yè)革命深圳企業(yè)率先搶占可完全生物降解材料技術(shù)制高點(diǎn)奧貝爾年產(chǎn)5000噸的生物降解材料生產(chǎn)線明年將建成記者昨日從深圳市奧貝爾科技有限公司獲悉，該公司憑借其擁有的國際領(lǐng)先技術(shù)及多 項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，經(jīng)過一年多的技術(shù)攻關(guān)，成功完成了可完全生物降解材料PHAs （聚羥基烷酸酯）產(chǎn)業(yè)化中試。明年，國內(nèi)第一條、全球第二條年產(chǎn)5000噸以上的可 完全生物降解材料生產(chǎn)線可望在深圳建成

9、?！鞍咨廴尽睂⒊蔀椤斑^去時”廢棄塑料類材料因其難以收集回收而被視為“白色污染”，原因是塑料回歸自然最終融 入微生物循環(huán)的過程（即生物降解）十分漫長，需要數(shù)百年甚至上千年。目前我國市場 上使用的所謂降解”塑料，大多是在不可降解的材料中添加一些光解材料或少量的淀粉 使其分解為小的粉末，并沒有真正意義上的降解，其對環(huán)境的污染及危害依然存在。為了消除這種污染和危害，世界各國紛紛采取立法等措施對不能降解塑料的應(yīng)用加以 限制。隨著各國對環(huán)保的重視，可完全生物降解新型材料日益普及。近年來，在發(fā)達(dá)國 家中如美國、日本、德國、意大利等以完全生物降解塑料的開發(fā)研究最為活躍。國內(nèi)也 有多家學(xué)術(shù)單位及企業(yè)承擔(dān)八五、

10、九五、“八六三”研究可完全生物降解材料PHB類新型 材料的任務(wù)，有的甚至嘗試了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但是由于在基因菌株的表達(dá)、發(fā)酵控制及后 期提取等方面沒有新的突破，其產(chǎn)業(yè)化成本仍然太高。為了降低成本，采用天然材料如淀粉、纖維素等作碳原生產(chǎn)可完全生物降解材料已逐 步成為研究環(huán)保材料熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。目前，世界上只有美國擁有可完全生物降解材料產(chǎn) 業(yè)化技術(shù)，該技術(shù)的規(guī)?；a(chǎn)被美國視作國家戰(zhàn)略之一，已建有5萬噸級的生產(chǎn)線。奧貝爾生產(chǎn)可完全降解生物材料PHAs的原材料全部來自農(nóng)作物和植物，其產(chǎn)品在完 成其使用周期后100%的回歸大自然，與以不可再生石油為主要原料的所謂降解”塑料 相比較，具有原料可再生、廢品可回收

11、利用和不可回收利用則可完全生物降解成二氧化 碳、水的優(yōu)點(diǎn)。奧貝爾可完全生物降解材料成功產(chǎn)業(yè)化推廣，將為我國治理“白色污染” 問題和緩解我國對進(jìn)口石油的過度依賴問題提供切實(shí)可行的途徑，意味著環(huán)保材料將進(jìn) 入一個革命性的時代?？赏耆锝到獠牧蠎?yīng)用前景廣闊生物降解材料不僅僅局限于塑料產(chǎn)品，同時還將廣泛用于農(nóng)用材料（如農(nóng)膜）、包裝材 料（如食品包裝袋）、環(huán)保材料（如垃圾袋）、生物化工材料（如高性能濾膜）、微電材 料（如用于熱封閉元件的壓力傳感器）、能源材料（如生物柴油）及醫(yī)用材料（如藥物 載體與外科縫合針）等各個領(lǐng)域，成為人類綠色生活與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。據(jù)專家分析，生物降解材料有著巨大的市場需

12、求。僅僅在塑料制造領(lǐng)域，全球塑料需 求量2005年已超過1.5億噸，我國每年對塑料原材料的需求量超過全球的1/4,接近4000 萬噸；在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，醫(yī)用生物降解材料的應(yīng)用前景十分廣闊，在中國的需求量將達(dá) 到數(shù)百億元人民幣。奧貝爾可完全生物降解材料技術(shù)將給數(shù)以萬億計的材料市場帶來革 命性的變化。農(nóng)民種植工業(yè)原料奧貝爾改寫產(chǎn)業(yè)鏈以農(nóng)作物替代石油，然后生產(chǎn)各類工業(yè)材料，奧貝爾技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和工業(yè) 的完全對接，對解決我國三農(nóng)”問題具有重大的社會經(jīng)濟(jì)意義。據(jù)了解，1000萬噸完全 生物降解材料相當(dāng)于中國目前市場總需求的25%，不到世界市場總需求的10%；對應(yīng) 1000萬噸完全生物降解材料總價值

13、至少是2000億元人民幣，需要3000萬噸淀粉，等于 實(shí)現(xiàn)價值600億元人民幣的農(nóng)產(chǎn)品需求，對應(yīng)解決600萬畝的土地種植需求，為國家減 少進(jìn)口原油至少1500萬噸。中國是農(nóng)業(yè)大國，同時也是原油進(jìn)口大國。奧貝爾完全生物降解技術(shù)的成功產(chǎn)業(yè)化， 產(chǎn)品在滿足國內(nèi)需求的同時，可以進(jìn)行國際出口，將是一個巨大的經(jīng)濟(jì)數(shù)字，將給中國 農(nóng)村提供數(shù)以百萬計的就業(yè)機(jī)會和數(shù)以萬億計的農(nóng)產(chǎn)品市場；在減少中國經(jīng)濟(jì)對石油依 賴的同時，使中國農(nóng)民與工業(yè)原材料生產(chǎn)直接聯(lián)系在一起，成為中國乃至世界的工業(yè)經(jīng) 濟(jì)主力軍。奧貝爾可完全生物降解材料PHAs產(chǎn)業(yè)化十分經(jīng)濟(jì)可行。據(jù)奧貝爾專家分析測算，投 產(chǎn)一個年產(chǎn)30萬噸規(guī)模的完全降解材料產(chǎn)

14、業(yè)基地，總投資額約在20億元人民幣，全部 設(shè)備可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；生產(chǎn)成本在1.5-2.0美元/公斤，這一成本水平與石油原材料的成 本大致相當(dāng)。形成對比的是在我國建設(shè)一個年產(chǎn)30萬噸乙烯（塑料原料）的基地，投 資額會高達(dá)上百億元。完全“中國創(chuàng)造”的工業(yè)基因工程奧貝爾“完全生物降解技術(shù)”擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)和關(guān)鍵技術(shù)，是完全的“中國創(chuàng) 造”。從2004年起，奧貝爾以留美博士為技術(shù)研發(fā)核心，在世界最先進(jìn)的研究成果基礎(chǔ)之 上，在深圳研發(fā)中心對可完全生物降解材料PHAs的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了大量的拓展性研究 工作，在參照國外最新研究成果、采集眾家之長的基礎(chǔ)上，以世界上最先進(jìn)的生物基因 工程菌種構(gòu)造法，成功進(jìn)行了

15、 PHAs的生物合成，以獨(dú)特合理的生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)PHAs的 產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。據(jù)奧貝爾專家介紹，奧貝爾完全生物降解材料PHAs生產(chǎn)技術(shù)，主要原材料來源于農(nóng) 作物和植物中的淀粉、纖維，采用的是新型的高效轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)和特殊的生產(chǎn)工藝。 其產(chǎn)品可滿足不同的應(yīng)用規(guī)范和要求，解決了產(chǎn)品性能單一、性能不穩(wěn)定問題。長袖初舞，做環(huán)保產(chǎn)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)排頭兵中國是傳統(tǒng)的石油塑料生產(chǎn)和消費(fèi)大國。奧貝爾的專家認(rèn)為，在奧貝爾完全生物降解 技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、完全生物降解材料獲得普遍運(yùn)用之后，將給我國塑料、能源、 農(nóng)業(yè)、醫(yī)用材料、生物化工甚至沙漠治理等領(lǐng)域帶來巨大的影響，將為國民經(jīng)濟(jì)的環(huán)保 與可持續(xù)發(fā)展作出切實(shí)支持和貢獻(xiàn)。當(dāng)記者問及奧貝爾的發(fā)展目標(biāo)時，奧貝爾負(fù)責(zé)人表示：奧貝爾在成功地完成了產(chǎn)品中 試后已經(jīng)開始了產(chǎn)業(yè)化前期準(zhǔn)備工作。奧貝爾近期主要目標(biāo)是在深圳建設(shè)第一條生產(chǎn) 線，年產(chǎn)量為5000噸?！痹撠?fù)責(zé)人同時表示，奧貝爾公司目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展順利；現(xiàn)在雖 然剛剛完成產(chǎn)品中試階段，但已同幾家國際大企業(yè)達(dá)成供貨意向；由于奧貝爾的成本優(yōu) 勢明顯，前期產(chǎn)品將全部出口。這位負(fù)責(zé)人透露：奧貝爾的中長