生物可降解塑料PHA了解一下。.pdf

⽣⽣物物可可降降解解塑塑料料PHA了了解解⼀⼀下下。。

作者：谢⽟曼

今天你是做饭还是叫外卖？

你是否还陷⼊既不想洗碗⼜不想使⽤⼀次性餐具的纠结中？

想⽤⼀次性餐具⼜害怕污染环境怎么办？

不要怕！⽣物可降解塑料PHA了解⼀下。

试想⼀下，如果将⼀次性餐具的材料都换成⽣物可降解塑料，吃完就扔，既不⽤洗碗还不⽤担

⼼污染环境，是不是太幸福了！

01塑料之“伤”

塑料⾃问世以来，因其⽅便耐⽤的特点受到⼈们⼀致追捧，并且对它的依赖越来越深。然⽽,塑

料之所以耐⽤是因为它们不可⽣物降解，这也就导致陆地和海洋中积累了⼤量的塑料废物。据

报道，海洋垃圾总量中，塑料垃圾约占80%,有海洋塑料垃圾摄⾷记录的海洋⽣物达600种以

上，⼀年海洋污染的⾃然资本成本保守估计约为每吨海洋塑料3300美元⾄33000美元。截⽌到

2017年，全球塑料产量已达到⼤约3.48亿吨。此外，塑料⽣产和燃烧的过程中会产⽣⼤量温室

⽓体，使得地球上的环境更加恶化，塑料问题俨然成为威胁⽣态系统和⼈类健康的全球危机之

⼀。

各种环境中的塑料垃圾02什么是⽣物可降解塑料？

那到底什么是⽣物可降解塑料？顾名思义，⽣物可降解塑料就是指拥有塑料性能且⽣物化学

作⽤过程或⾃然环境中可以被微⽣物降解的材料，其中包括⼀些化学合成聚合物、淀粉基⽣物

可降解塑料以及微⽣物合成的聚酯类化合物等。

化学合成聚合物的代表有聚⼄⼆醇酸、聚乳酸、聚对⼰内酯、聚⼄烯醇、聚环氧⼄烷等等。这

类材料⽬前已经有⼀定的应⽤，但还是不能与塑料所有的性能相抗衡。

淀粉基⽣物可降解塑料主要是向常规的塑料中加⼊淀粉作为填充剂和交联剂，以产⽣淀粉和塑

料的混合物(例如，淀粉聚⼄烯),再利⽤⼟壤微⽣物很容易降解淀粉的性质从⽽分解聚合物,这会

显著减少塑料的降解时间。但这种塑料淀粉脱除后留下的碎⽚不易降解，环境中会存留很

长时间，还是治标不治本。

微⽣物合成和积累的聚酯类化合物，主要是聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoat，PHA)，具

有与各种合成热塑性塑料(如聚丙烯)相似的性能。⾃然界中的许多微⽣物中都含有PHA⽔解酶，

它们可以将PHA⽔解为⽔溶性低聚物和单体，然后利⽤这些产物作为细胞内的营养物质，⾮常

环保且⾼效。因此，PHA可以说是⽣物可降解塑料中最有潜⼒的⼀种。

PHA是如何⼀步步被发现的呢？20世纪初，科学家们⾸次细菌中观察到⼀种类脂物质，随后

巨⼤芽孢杆菌（Bacillusmgatrium）中鉴定出类似的类脂物质聚三羟基丁酸酯[poly(3-

hydroxybutyrat)，PHB]，也就是PHA的第⼀个成员。之后的⼏⼗年⾥，科学家们⼜不断从

微⽣物中发现了以3-羟基戊酸(3HV)和3-羟基⼰酸(3HHx)等不同化合物为单体的PHA。截⽌到⽬

前，已经有超过160种PHA单体被鉴定出来。这些天然的PHA可以主要分为两类，短链长型

(SCL)-PHA和中链长型(MCL)-PHA。SCL-PHA由包含3-5个碳原⼦的单体组成，典型代表是

PHB和PHBV[poly(3HB-co-3HV)]。MCL-PHA通常存于假单胞菌中，其单体由6-14个碳原

⼦组成。

PHA的结构变化⼏乎是⽆限的，不同单体可形成不同的共聚物，还可以形成均聚物、⽆规共聚

物和嵌段共聚物等多种结构。结构越多样，也就意味着能实现的塑料性能越多。

PHAs的⼀般结构（图⽚来源：SangYupL,1995）

03PHAsVS传统塑料

PHA要想撼动传统塑料的地位甚⾄取⽽代之，就必须拥有多⽅⾯碾压它的能⼒。接下来，我们

就⼀起看看PHA和传统塑料的三⼤battl！

ROUND1材料性能

传统塑料之所以被⼤量使⽤就是因为其性能的强⼤及多样，就拿聚丙烯来说，材质透明且轻，

80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，因此⼴泛应⽤于服装、⽑毯等纤维制

品、医疗器械、汽车、⾃⾏车、零件、输送管道、化⼯容器等⽣产，也⽤于⾷品、药品包装。

⽽PHA也没有让我们失望，从下表我们可以看出，P(3HB)的⼒学性能包括杨⽒模量(3.5GPa)和

抗拉强度(40MPa)都与聚丙烯相似，虽然P(3HB)的断裂伸长率（5%）明显低于聚丙烯的

400%，但P(3HB-co-3HV)共聚物这⽅⾯得到了很⼤改善。随着3-羟基戊酸含量的增加，聚合

物会变得更坚韧(冲击强度增加)，更柔韧(杨⽒模量减少)。因此，可以