生物可降解塑料的生產(chǎn)與應用工程

1、該問題的解決出路該問題的解決出路可降解塑料的開發(fā)可降解塑料的開發(fā) 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 鈣鈣(35)降降 解塑料解塑料 原理：受日光照射時，光敏劑光敏劑（鐵鐵 鈷鎳銅等的絡合物及芳香族化合物等）鈷鎳銅等的絡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 多個較小分子同時被氧化生成- COOH和-CO-，這些較小分子繼續(xù)被 自由基攻擊而進一步變小，隨著分子 量降低，制品會迅速變脆，逐漸崩解 成小碎片、小顆粒，當其分子量降至 1000以下時易于被微生物食用而消化。

2、 （弊端：弊端：需光照需光照120d,填埋則失效）填埋則失效） 深圳綠維 3生物可降生物可降 解塑料解塑料 原理：碳酸鈣中的（CO）光敏基團利于塑料 光降解；同時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：弊端：填埋則失效填埋則失效） 4 前前3種的不種的不 同摻混同摻混 徹底消除徹底消除 白色污染白色污染 并節(jié)約石并節(jié)約石 油資源的油資源的 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(聚己內(nèi)酰胺聚己內(nèi)酰胺) “/ /”摻混摻混 完全可降完全可降 解塑料解塑料 自然成分自然成分 變性淀粉變性淀粉 淀

3、粉淀粉 PVA(聚乙烯醇聚乙烯醇) 淀粉淀粉 PCL 殼聚糖殼聚糖 纖維素纖維素 純發(fā)酵純發(fā)酵 PHAs(聚聚羥基烷酸羥基烷酸) 細菌產(chǎn)纖維素細菌產(chǎn)纖維素 發(fā)酵發(fā)酵+合成合成 PLA(聚乳酸聚乳酸) 化學合成化學合成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個月破碎，在微生物 分解酶作用下，612個月變成乳酸，最終變成CO2和 H2O。 C COOH OH CH3 H 乳酸乳酸 脂化反應脂化反應 乳酸單體彼此發(fā)生酯化反應 OHCC O

4、OH CH3 OHCC O OH CH3 H2O OCC O OH CH 3 OHCC O CH 3 乳酸二聚體乳酸二聚體 OCC O O CH 3 n 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PLAPLA n(1)(1)聚乳酸生物合成聚乳酸生物合成 n生物糖代謝酵解產(chǎn)物丙酮酸乳酸發(fā)酵的產(chǎn)物（參閱生 物化學糖代謝內(nèi)容） n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)成本是關鍵！ 菌種選育 誘變、基誘變、基 因改造因改造出出 高產(chǎn)乳酸高產(chǎn)乳酸 菌菌 培養(yǎng) 1.廉價原料廉價原料 如如食品廢料食品廢料 或玉米淀粉或玉米淀粉

5、 2.最佳反應最佳反應 條件及反應條件及反應 器選型器選型 乳酸 分離 新技術新技術 未公開！未公開！ 乳酸 聚合 開發(fā)催開發(fā)催 化劑化劑 (2)(2) (3)(3)聚乳酸的應用聚乳酸的應用 n由于目前價格較高，由于目前價格較高， 但無生物排異現(xiàn)象，但無生物排異現(xiàn)象， 故主要用于醫(yī)學領域故主要用于醫(yī)學領域 n傷口縫合線 n骨折后“可降解鋼板” n藥物體內(nèi)緩釋膠囊 n隨著價格下降逐漸向隨著價格下降逐漸向 日化包裝、食品包裝、日化包裝、食品包裝、 農(nóng)膜等領域發(fā)展。農(nóng)膜等領域發(fā)展。 n多種細菌體內(nèi)合成的的碳 源、能量儲備物 9.2 9.2 聚聚 羥基烷酸羥基烷酸(PHAs) 脂代謝脂代謝乙乙 酰輔酶

6、酰輔酶A nR為甲基為甲基壬基等，不同單體聚合種類有壬基等，不同單體聚合種類有100種以上種以上 n其中最常見的其中最常見的R為甲基，即為甲基，即聚聚羥基丁酸羥基丁酸(PHB) n另一種常見的另一種常見的PHAs為為PHBV（兩種單體，兩種單體，R分別為分別為 甲基甲基(HB)和乙基和乙基(HV)） CHCH 2 C O R O n PHAs 通式通式 n細菌發(fā)酵細菌發(fā)酵 轉(zhuǎn)基因植物種植轉(zhuǎn)基因植物種植 n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含量可達細胞干 重7080 成本高：成本高：15$/kg(合成塑料1

7、$/kg) 目前攻關方向：目前攻關方向：進一步提高原料 轉(zhuǎn)化率，縮短發(fā)酵周期；進一步提 高細胞濃度；進一步提高產(chǎn)品提取 收率；進一步提高聚合物質(zhì)量等。 n優(yōu)勢：優(yōu)勢：植物自身光合作用制造大量免費合成原料 n理想：理想：極大的降低成本，目前尚在開發(fā)之中 Shampoo bottle Razor Surgical sutures 由于價格問題，應用限于高附加值領域。 9.3 9.3 變性淀粉變性淀粉 n改性方法眾多，生物 降解塑料領域主要使 用熱塑性變性、抗水 性變性 天然淀粉 詳見有關文獻詳見有關文獻 n方法：方法： n熱塑熱塑加入多元醇、 水等增塑劑物理變性 或與丙烯酸酯共聚接 枝化學變性；

8、n抗水抗水淀粉醋酸酯化 nPCLPCL由 -己內(nèi) 酯經(jīng)化學合成 開環(huán)聚合反應 而得 n是一種熱塑性結 晶型聚酯 ,熔點 為80 ,可在 200以上加工 , 且與多種聚合物 有較好的相容性， 完全可生物降解。 9.4 9.4 聚己內(nèi)酯（聚己內(nèi)酯（PCL PCL ( ( (2 2) )5 5 ) ) ） ） 變性變性 淀粉淀粉 摻混摻混 化工化工 合成合成 聚己聚己 內(nèi)酯內(nèi)酯 為主為主 具體共聚方法和參考相關資料具體共聚方法和參考相關資料 該問題的解決出路該問題的解決出路可降解塑料的開發(fā)可降解塑料的開發(fā) 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 鈣鈣(35

9、)降降 解塑料解塑料 原理：受日光照射時，光敏劑光敏劑（鐵鐵 鈷鎳銅等的絡合物及芳香族化合物等）鈷鎳銅等的絡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 多個較小分子同時被氧化生成- COOH和-CO-，這些較小分子繼續(xù)被 自由基攻擊而進一步變小，隨著分子 量降低，制品會迅速變脆，逐漸崩解 成小碎片、小顆粒，當其分子量降至 1000以下時易于被微生物食用而消化。 （弊端：弊端：需光照需光照120d,填埋則失效）填埋則失效） 深圳綠維 3生物可降生物可降 解塑料解塑料 原理：碳酸鈣中的（CO）光敏基團利于塑料 光降解；同時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：弊端：填埋則失效填埋則失效） 4 前前3種的不種的不 同