生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用工程

生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用工程第1頁/共19頁該問題的解決出路—可降解塑料的開發(fā)可降解塑料1光可降解塑料2高填充碳酸鈣(＜35％)降解塑料原理：受日光照射時，光敏劑（鐵鈷鎳銅等的絡(luò)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(dāng)其分子量降至1000以下時易于被微生物食用而消化。（弊端：需光照120d,填埋則失效）深圳綠維3生物可降解塑料原理：碳酸鈣中的（C＝O）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：填埋則失效）4

前3種的不同摻混

第2頁/共19頁徹底消除白色污染并節(jié)約石油資源的根本出路部分可降解塑料PE/淀粉普通塑料/PCL(聚己內(nèi)酰胺)“/”摻混完全可降解塑料自然成分變性淀粉淀粉/PVA(聚乙烯醇)淀粉/PCL殼聚糖/纖維素純發(fā)酵PHAs(聚β－羥基烷酸)細菌產(chǎn)纖維素發(fā)酵+合成PLA(聚乳酸)化學(xué)合成PCL－PEL(脂肪族聚脂)國內(nèi)水平生物可降解塑料第3頁/共19頁醇酸9.1聚乳酸(PLA)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3~6個月破碎，在微生物分解酶作用下，6~12個月變成乳酸，最終變成CO2和H2O。乳酸？脂化反應(yīng)乳酸單體彼此發(fā)生酯化反應(yīng)H2O乳酸二聚體n聚乳酸(聚丙交脂)乳酸生物合成+人工聚合＝PLA第4頁/共19頁(1)聚乳酸生物合成生物糖代謝酵解產(chǎn)物丙酮酸乳酸發(fā)酵的產(chǎn)物（參閱《生物化學(xué)》糖代謝內(nèi)容）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(guān)鍵！第5頁/共19頁如何做呢？菌種選育誘變、基因改造出高產(chǎn)乳酸菌培養(yǎng)1.廉價原料如食品廢料或玉米淀粉2.最佳反應(yīng)條件及反應(yīng)器選型乳酸分離新技術(shù)未公開！乳酸聚合開發(fā)催化劑第6頁/共19頁(2)世界聚乳酸生產(chǎn)進展第7頁/共19頁(3)聚乳酸的應(yīng)用由于目前價格較高，但無生物排異現(xiàn)象，故主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域傷口縫合線骨折后“可降解鋼板”藥物體內(nèi)緩釋膠囊隨著價格下降逐漸向日化包裝、食品包裝、農(nóng)膜等領(lǐng)域發(fā)展。第8頁/共19頁多種細菌體內(nèi)合成的的碳源、能量儲備物9.2聚β－羥基烷酸(PHAs)脂代謝—乙酰輔酶A第9頁/共19頁R為甲基~壬基等，不同單體聚合種類有100種以上其中最常見的R為甲基，即聚β－羥基丁酸(PHB)另一種常見的PHAs為PHBV（兩種單體，R分別為甲基(HB)和乙基(HV)）nPHAs通式第10頁/共19頁(1)工業(yè)生產(chǎn)方式細菌發(fā)酵轉(zhuǎn)基因植物種植第11頁/共19頁①細菌發(fā)酵以淀粉、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70～80％成本高：15$/kg(合成塑料1$/kg)目前攻關(guān)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。第12頁/共19頁優(yōu)勢：植物自身光合作用制造大量免費合成原料理想：②轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)塊莖塊根植物油料種子植物極大的降低成本，目前尚在開發(fā)之中第13頁/共19頁(2)應(yīng)用領(lǐng)域ShampoobottleRazorSurgicalsutures由于價格問題，應(yīng)用限于高附加值領(lǐng)域。第14頁/共19頁9.3變性淀粉改性方法眾多，生物降解塑料領(lǐng)域主要使用熱塑性變性、抗水性變性天然淀粉詳見有關(guān)文獻方法：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(xué)變性；抗水—淀粉醋酸酯化第15頁/共19頁PCL由ε-己內(nèi)酯經(jīng)化學(xué)合成開環(huán)聚合反應(yīng)而得

是一種熱塑性結(jié)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聚己內(nèi)酯（PCL(ＣＯＯ—(ＣＨ2)5)ｎ

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