生物可降解塑料的生产与应用中国石油大学环境生物工程

占96％以聚上氯乙烯 (PVC) ；热硬性树脂在受热时不会变软 ,如酚醛树脂 ,三聚氰 胺甲醛树脂 ,聚氨基甲酸乙脂等。
共性：耐酸碱、抗氧化、耐腐蚀、难降解（埋地百年也不烂）
环境问题：白色污染、
不可再生石油资源的浪费
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该问题的解决出路—可降解塑料的开发
可降 解塑
料
1光可降解塑 料 2高填充碳酸钙(＜ 35％)降解塑料
① 细菌发酵
• 以淀粉、葡萄糖、蔗糖、甲醇等各种原料，产碱菌
(Alcaligenes)、转基因大肠杆菌限氮磷流加式分批发酵
生产
成本高：15$/kg(合成塑料1 $/kg)
目前攻关方向：进一步提高原料转化 率，缩短发酵周期；进一步提高细 胞浓度；进一步提高产品提取收率； 进一步提高聚合物质量等。
PHB含量可达细胞干 重70～80％
COOH 酸
？脂化反应
H C OH醇
乳酸单体彼此发生酯化反应
C H3
乳酸
H3CH3 OC H3CO OHH 3C3COO HOHO COCCOCC H HOCOCCOCCOHOH
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聚乳酸乳(聚酸丙二H交2O聚脂体)
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• (1)聚乳酸生物合成
• 生物糖代谢酵解产物丙酮酸乳酸发酵的产物（参阅《生
物化学》糖代谢内容）
酰辅酶A
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R
O
O CH CH2 C
n
PHAs 通式
• R为甲基~壬基等，不同单体聚合种类有100种以上 • 其中最常见的R为甲基，即聚β－羟基丁酸(PHB) • 另一种常见的PHAs为PHBV（两种单体，R分别为甲
基(HB)和乙基(HV)）
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(1)工业生产方式
• 细菌发酵
转基因植物种植
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• 工业上一般以乳酸杆菌(lactobacillus)属发酵生产乳酸
酸奶
酸菜
保健品
降低乳酸生产成本是关键！
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菌种选育
诱变、基因 改造出高产
乳酸菌
如培养何做呢？
பைடு நூலகம்
乳酸 分离
乳酸 聚合
1.廉价原料如食 品废料或玉米 淀粉
2.最佳反应条件 及反应器选型
新技术未 公开！
开发催化 剂
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(2)世界聚乳酸生产进展
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(3)聚乳酸的应用
• 由于目前价格较高， 但无生物排异现象， 故主要用于医学领域
• 伤口缝合线 • 骨折后“可降解钢板” • 药物体内缓释胶囊 • 随着价格下降逐渐向
日化包装、食品包装、 农膜等领域发展。
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9.2 聚β－羟基烷酸(PHAs)
• 多种细菌体内合成的的碳源、 能量储备物
脂代谢—乙
第九章 生物可降解塑料的生产与应用
• 什么是塑料？
•
普通塑料是以合成树脂和污配染料范混围合广加、污热染而物成增的长物速度质快。(积累2500
万吨/年)、处理难度大、回收利用不易
• 按其性质可分成热塑性树脂和热硬性树脂两大类 .热塑性树脂都具有
受热后软化的性质 ,如聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、和
国内水 平
自然成分
变性淀粉 淀粉/PVA(聚乙烯醇)
淀粉/ PCL
壳聚糖/ 纤维素
纯发酵
PHAs(聚β－羟基烷酸) 细菌产纤维素
发酵+合成 PLA(聚乳酸)
化学合成 PCL－PEL (脂肪族聚脂)
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9.1 聚乳酸(PLA)
• 聚乳酸是世界上近年来开发研究最活跃的降解塑料之 一。聚乳酸塑料在土壤掩埋3~6个月破碎，在微生物分 解H2酶O。作用下，6~12个月变成乳乳酸酸生，物合最成终+人变工成聚C合O＝2P和LA
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② 转基因植物生产
• 优势：植物自身光合作用制造大量免费合成原料 • 理想： 极大的降低成本，目前尚在开发之中
块
油
茎
料
块
种
根
子
植 物
植 物
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(2) 应用领域
由于价格问题，应用限于高附加值领域。
Razor
Shampoo bottle
Surgical sutures
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天然淀粉
9.3 变性淀粉
原理：碳酸钙中的（C＝O）光敏基团利于塑料光 降解；同时有利于塑料充分焚烧；有利于中和尾
气中酸性组分（如SO2、NOx)；节约石油原料。
（弊端：填埋则失效）
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2
生物 可降 解塑
料
部分可降解 塑料
完全可降解 塑料
彻底消除 白色污染 并节约石 油资源的 根本出路
PE/淀粉
“/”掺混
普通塑料/PCL(聚己内酰胺)
详见有关文献
• 改性方法众多，生物 降解塑料领域主要使 用热塑性变性、抗水 性变性
方法：
热塑—加入多元醇、 水等增塑剂物理变性 或与丙烯酸酯共聚接 枝化学变性；
抗水—淀粉醋酸酯化
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9.4 聚己内酯（PCL (ＣＯＯ—(ＣＨ2)5 ) ｎ ）
• PCL由 ε-己内酯 经化学合成开环 聚合反应而得
3生物可降解塑 料 4 前3种的不同 掺混
深圳绿维
原理：受日光照射时，光敏剂（铁钴 镍铜等的络合物及芳香族化合物等） 吸收紫外线而分解放出活性自由基迅 速攻击塑料大分子，聚合物被切断成 多个较小分子同时被氧化生成-COOH 和-CO-，这些较小分子继续被自由基 攻击而进一步变小，随着分子量降低， 制品会迅速变脆，逐渐崩解成小碎片、 小颗粒，当其分子量降至1000以下时 易于被微生物食用而消化。（弊端： 需光照120d,填埋则失效）
• 是一种热塑性结 晶型聚酯 ,熔点为 80℃ ,可在200℃ 以上加工 ,且与多 种聚合物有较好 的相容性，完全 可生物降解。
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9.5 国内可降解塑料生产现状
变性淀 粉掺混 化工合 成聚己 内酯为
主
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具体共聚方法和参考相关资料
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