在严格禁塑的今天,行业内都在寻找一种完美的可替代原料,于是PLA、PBAT等材料风靡一时,无数人把眼光转向它们。
可另一种材料PHA,属于天然高分子材料,是细菌在生长条件不平衡时的产物,在自然界大量存在,却被冷落一直默默无闻。这是为何呢?
PHA(Polyhydroxyalkanoates),中文名:聚羟基脂肪酸,是一种由微生物合成制造的天然高分子材料。它在自然界大量存在,是细菌在生长条件不平衡时的产物,其生理功能首先是作为细菌体内的碳源和能量的储存物质,类似于植物的淀粉,被称为微生物的“脂肪颗粒”。最新的统计认为,土壤中至少有30%的细菌能够合成PHA。所以,虽然PHA存在的场所是一个个小小的细菌,但它们广泛地存在于我们的世界中。
微生物合成高分子材料主要有微生物聚酯和微生物多糖,其中典型的聚羟基链烷酸(酯)——PHA。微生物发酵法合成可降解塑料是指利用特定微生物把原料有机物作为食物,通过发酵作用合成高分子塑料。其中,R为正烷基侧链,范围从甲基至壬基,n约为700~12000,PHA材料因分子链中R基团、共聚单体、链的长短而异,分为不同的PHA。
PHA应用
PHA具有优良的热塑加工性、生物相容性以及生物可降解性,公认为是绿色环保型高分子材料。
同时,PHA对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET,在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解,并且分解后的产物大多都是水和碳基,也不会污染环境。
因为PHA为纯生物基材料,因此PHA可作为猪饲料、鱼饲料,安全无害。
在医疗行业中,PHA 是存在于微生物细胞内的天然聚酯,与人体具有良好的相容性,在医疗领域的优势是其无需通过二次手术取出。例如 PHB 可完全降解成属于人体血液中正常成分的 3HB,不会引起排斥或产生毒性。
2007 年,以 P4HB 为原料的可吸收缝合线(TephaFLEX®) 获美国 FDA 批准上市,成为首个商品化的 PHA 医疗产品。目前,PHA 已被用于组织工程、植入材料、药物缓释、医疗保健等多个领域的研究。
除此之外,在农用地膜和包装领域上PHA都有不错相当不错的表现,作为食品包装时无毒无害可降解;作为农用地膜不需要回收处理,在土壤微生物的作用下直接降解,对环境无害,且能够增强土壤肥力。
PHA面临的困境
按照道理说,这样环保的材料应该早就被行业追捧了,为何被如此冷落呢?其实PHA源于生物制造,制造成本高导致了材料的高价格,制造工艺难又导致了PHA的低产量。但实际上,在工业生产、科研水平方面中国并不落后。
总的来说,PHA的高生产成本,复杂的工艺路线限制了PHA的广泛应用。简化原材料的生产工艺,降低生产成本是推广PHA应用的首要因素。
PHA材料品种和结构的多样化,为其在通用塑料领域和生物相容方面的应用提供了无限的可能。
与目前其他的生物降解材料相似,为了适应更广泛的应用需求,对PHA等生物可降解原料进行共混,改性是继续扩大降解材料应用范围的必经之路。
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