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PHA优点如此多,但作为包装材料却有这些应用难题

来源: 作者: tpecc 发布时间: 2021-04-15 13:56:57 点击:
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。

 
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.
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。

在工业生产方面,自美国PHA生产的巨头Metabolix因为产量低,工业化程度低退出PHA生产后,中国的国韵生物材料公司即成为了PHA生产的领头羊。

谈到科研水平,来自清华大学的陈国强教授说,“中国发表的关于PHA的学术论文数目仅次于美国,非常活跃。在文章的引用数上,清华也是第一,所以我们在学术上并不落后。”

蓝晶生物科技公司CEO李腾认为,限制PHA大规模应用的主要原因有三个方面:原料成本较高、设备运行成本较高(生物反应的时间较长,需要密闭环境并严格控制温度、pH值等,还需要防止杂菌生长)以及产物纯化成本较高。

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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。 

对目前居高不下的原材料价格,研究PHA的清华教授陈国强表示,希望与广大科研工作者共同努力,争取在五年左右把PHA的成本做到12000/吨,同时保证PHA原料的高质量,维持较高的产业标准,纯度≥95%,分子量≥30万。

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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