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《可生物降解材料聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(phbv)的改性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第1章文獻綜述1．1引言化學(xué)合成塑料因其質(zhì)輕、強度高、穩(wěn)定等優(yōu)良性質(zhì)與低廉的價格已成為現(xiàn)代社會不可缺少的重要材料，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮重要作用。但其固有的不可降解性卻使大量的塑料廢棄物對環(huán)境造成嚴重的污染。而且由于目前廢棄塑料的回收利用用率很低，又造成資源的巨大浪費。傳統(tǒng)的以末端治理為主的塑料垃圾處理方法雖然能在一定程度上減輕其污染，但代價昂貴，且易造成二次污染，已是當(dāng)務(wù)之急，勢在必行。目前世界上許多國家都在積極開展這方面的研究，并已有許多產(chǎn)品問世。如將光敏基因或淀粉、纖維素、微生物聚酯等摻入聚乙烯、聚丙烯等，所得塑料可被光解成微小片段，使其結(jié)構(gòu)完
2、整性受到破壞，從而減輕環(huán)境污染，但由于這種微小塑料片段極有可能造成二次污染，所以對這類部分可降解塑料目前仍存有異議。此外有一類生物可完全降解塑料，以微生物聚枉酯為原料制成，在自然條件下可被一些微生物完全分解利用，不會對環(huán)境造成任何污染，是從源頭上解決“白色污染"的新型材料。聚羥基烷酸(polyhydroxyalkanoate，簡稱PHA)便是其中最重要并已經(jīng)開始投放市場的一種塑料原材料。PHA除具有完全的生物降解性外，還具有與化學(xué)合成塑料(從聚丙烯到合成橡膠)相似的物理機械性能，以及生物相容性、光學(xué)活性、無毒性、壓電效應(yīng)等優(yōu)良特性，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)
3、、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。在PHA中對PHB的研究最多，但發(fā)酵法生產(chǎn)的PHB是一種全同立構(gòu)高結(jié)晶性聚酯，在常溫下表現(xiàn)出極大的脆性；在熔融狀態(tài)下極不穩(wěn)定，易于分解，使其加工窗口很窄，生產(chǎn)成本很高【4】。這些缺點使其難以推廣應(yīng)用，因而必須進行加工改性。在發(fā)酵工程中加入3一羥基戊酸單元(HV)而生成聚(3．羥基丁酸酯?CO3羥基戊酸酯)(PHBV)是日前最有效的一種途徑。PHBV分子式如下：武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文‘Hl’《HV)但PHBV并不能完全克服PHB的缺點，須進行進一步的改性。1．2PHA的類型與顆粒狀況聚羥基烷酸酯(簡稱PHA)是
4、許多微生物在營養(yǎng)不平衡的條件下合成的細胞內(nèi)碳源和能源貯藏性聚合物，其分子通式可表達為【5】：RO七。一lI七c鼗：弦是箍其中n=l，2或3，大多數(shù)情況下n=l即3一羥基脂肪酸。R代表側(cè)鏈，多為不同鏈長的正烷基，也可以是支鏈的、不飽和的或帶取氏基的烷基。R為甲基時聚合物為聚羥基丁酸酯(polyhydroxybutyrate，簡稱PHB)；R為乙基時為聚羥基戊酸酯(polyhydroxyvalerate，簡稱PHV)，以下類推。根據(jù)單體中碳原子的數(shù)目可以將PHA分為兩類：短鏈PHA(short．chain．1engthPHA，sclPHA)，單體為
5、含3巧個碳原子的羥基脂肪酸酯，如3．羥基丁酸的聚合物羥基丁酸酯PHB；中鏈PHA(medium．chain．1engthPHA，mclPHA)，單體為含6～14個碳原子的羥基脂肪酸酯。相當(dāng)一部分mclPHA中含各種功能基團，如烯、支鏈烷基、鹵素、酚及氰等。此外，在一定的條件下兩種或兩種以上的單體還能形成共聚物。依共聚物的單體組成可分為三類【31：①短鏈羥基脂肪酸酯共聚物(sclPHACopolymer)，以PHBV[3。羥基丁酸酯和3．羥基戊酸酯的共聚物[poly(3．hydroxbutyrate?CO3hydroxyvale．rate)]為代
6、表。②中鏈羥基脂肪酸酯共聚物(mclPHACopolymer)，以3．羥基辛酸(3．hydroxyoctanoate)為主的各種中鏈羥基脂肪酸酯共聚物。⑧短鏈與中鏈羥基脂肪酸共聚物，4第1章文獻綜述尤指羥基丁酸與中鏈羥基脂肪酸單體組成的共聚物P(HB．CO．HAmcl)。所有的PHA的羥基脂肪酸酯單體都是D型的，根據(jù)微生物和生長條件的不同PHA分子量在2x105到3×106范圍內(nèi)。PHA以分立的顆粒形式存在于細胞質(zhì)中，根據(jù)微生物種類不同，PHA顆粒的數(shù)目和大小不同161。細胞中抽提出來的PHA是結(jié)晶狀態(tài)的，而活細胞內(nèi)的PHA并不呈現(xiàn)為剛性的固體
7、，而是遠高于其玻璃化溫度的可動的無定形彈性體f71。1．3PHA的理化性質(zhì)和應(yīng)用1．3．1PHA的理化性質(zhì)與化學(xué)合成的高分子材料相比，依單體的組成不同，PHA有從硬的晶體到軟的彈性體等一系列不同聚合物的性質(zhì)。此外PHA還有生物相容性、光學(xué)活性、壓電效應(yīng)等獨特性質(zhì)。關(guān)于PHA理化性質(zhì)的研究工作主要集中于PHB。由表卜1可見PHB和聚丙烯PP有很多相似之處，優(yōu)點是比重大、透氧率低、抗紫外線照射。但由于PHB有較硬、脆性大、易老化等缺點，且在稍高于其熔點的溫度(害41200℃)下即發(fā)生熱降解，使熔點加工過程難于控制，人們已開始人為改善PHB的性質(zhì)，使
8、PHA應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。表1．1PHB和聚丙烯(PP)性質(zhì)比較性質(zhì)PHBPP武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文同聚的PHV熔點105．1080℃，熱熔86．9
