有關於生物降解材料PHA的介紹
目前在生物基材料中，發展最快的是生物基塑膠。這種極具發展潛力的材料可望在許多應用領域替代傳統聚合物。為此，本版從今日起專題報道最熱門的幾類生物基塑膠技術的最新進展。
效能：接近通用塑膠
綜合性能不及傳統石油基塑膠是人們對生物基塑膠的普遍印象，也是除價格因素外推廣生物基塑膠的攔路虎。但隨著技術的進步，PHA產品效能目前已經接近通用塑膠，獲得了歐洲一些廠商的認可，信用卡生產商等對第四代PHA產品表現出了濃厚的興趣。
PHA是聚羥基脂肪酸酯類材料的總稱，目前產業化品種已有四代。第一代產品的典型代表為均聚物PHB(聚3-羥基丁酸酯)。該材料脆性大，很難大規模應用。為了改善加工效能，人們又研發了第二代產品PHBV(聚3-羥基丁酸酯/3-羥基戊酸酯共聚物)、第三代產品PHBHHx(3-羥基丁酸酯/3-羥基己酸酯共聚物)以及第四代產品P34HB(聚3-羥基丁酸酯/4-羥基丁酸酯共聚物)。
原料：上百種可供選擇
清華大學教授、長江學者陳國強接受本報記者採訪時表示，PHA以可再生生物質為原料，由微生物直接合成，可生物降解，它已經與PLA(聚乳酸)並列為完全生物降解材料的最熱門研究課題。
他說，與大家熟知的PLA等生物基材料相比，PHA的顯著優點是能透過結構調節使最終產品適用於不同的應用領域，而支撐這種優點的就是其單體的多樣性。
國內外研究證明，生物合成PHA新材料的潛力幾乎是無限的。據陳國強教授介紹，在2000年時人們就已發現了超過150種的PHA單體。單體結構變化以及共聚物中不同單體比例的不同，給PHA結構變化帶來了無限可能。結構的多元化，又帶來了效能的多樣化。
PHA可以堅硬如硬塑膠，也可以柔軟如彈性體，可以製成吹膜級、壓片級、吹瓶級、發泡級以及彈性體級的產品。透過調整單體配比，PHA產品效能可以橫跨纖維、塑膠、橡膠、熱熔膠等不同範疇，加上PHA兼具良好的生物相容性，其應用領域已不侷限在單一的塑膠製品，還可以在農藥緩釋劑、高效能生化濾膜、醫藥緩釋長效藥物載體以及骨釘、手術縫合線、人體整形填充材料方面大顯身手。
產業化：中國已走在前列
國內外已建、在建或擬建的PHA專案主要有德國慕尼黑Biomers公司1000噸/年和江蘇南天集團10噸/年的第一代PHB專案，英國ICI(Zeneca)公司350噸/年、寧波天安生物材料公司2000噸/年的第二代PHBV專案，美國P&G公司5000噸/年的第三代PHBHHx專案，以及美國ADM公司5萬噸/年、天津國韻生物公司1萬噸/年、深圳意可曼生物科技有限公司5000噸/年的第四代P34HB專案。日本三菱瓦斯化學公司、日本卡奈卡公司、美國Metabolix公司、巴西PHB Industrial S/A公司、英國Biocycle公司、德國Biomer 公司和荷蘭Agrotechnology&Food Tnnovations公司等也在研發生產相關產品。其中，去年7月底投產的意可曼5000噸/年P34HB專案是全球首個第四代PHA產品產業化專案，是PHA材料產業化的重大突破。 在幾個五年計劃和“863”計劃支援下，我國生物基材料取得了長足發展。其中，PHA年總產能超過1.5萬噸，提供了國際市場上所有PHA型別，使我國PHA產業化種類和產量都處於國際領先地位。
生物降解材料PHA介紹
與PLA相比，PHA要貴一些，同屬生物降解材料，但是PHA的應用更廣泛一些，適用於多種加工工藝。PLA不耐高溫，容易水解，但製品透明性比PHA要高。另外,PLA比較脆一些。
聚羥基脂肪酸酯PHA的成分分析
PHA，是聚羥基脂肪酸酯的簡稱。聚羥基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一種細胞內聚酯，是一種天然的高分子生物材料。因為PHA同時具有良好的生物相容效能?生物可降解性和塑膠的熱加工效能。因此同時可作為生物醫用材料和生物可降解包裝材料，這已經成為近年來生物材料領域最為活躍的研究熱點。PHA還具有非線性光學性?壓電性?氣體相隔性很多高附加值效能。
天然的或合成的生物可降解的高分子材料往往有很高的水蒸氣透過性，這在食品保鮮中是不利的。而PHA則具有良好的氣體阻隔性，使其可能應用在較長時間的鮮品保鮮包裝上。因為水汽的穿透是保鮮包裝中的重要指標，PHA在這一點上的效能是完全可以和現在的PET?PP等產品等相比的。另—方面，PHA還具有較好的水解穩定性，將PHA用75℃的自動洗碗機總洗20個迴圈，PHA製成杯的形狀和分子量都沒有發生變化，表明PHA可以很好地用於器具生產。此外與其它聚烯烴類?聚芳烴類聚合物比，PHA還具有很好的.紫外穩定性。PHA還可作為生物可降解的環保溶劑的來源，如3-羥基丁酸乙酯
EHB(ethyl3—hydroxy—butyrate)是水溶性的，聚有低揮發性，可以用於清潔劑?膠)粘劑?染料?墨水的溶劑。正因為PHA彙集了這些優良的效能，使其可以在包裝材料?粘合材料?噴塗材料和衣料?器具類材料?電子產品?耐用消費品?農業產品?自動化產品?化學介質和溶劑等領域中得到應用。
(1)與PLA等生物材料相比，PHA結構多元化，透過改變菌種?給料?發酵過程可以很方便地改變PHA的組成，而組成結構多樣性帶來的效能多樣化使其在應用中具有明顯的優勢。根據組成PHA分成兩大類:一類是短鏈PHA(單體為C3-C5)，一類是中長鏈PHA(單體為C6-C14)，這些年已有報道菌株可合成短鏈與中長鏈共聚羥基脂肪酸酯。PHA的生產經歷了第一代PHA——聚羥基丁酸酯(PHB)，第二代PHA——羥基丁酸酸共聚酯(PHBV)和第三代PHA—聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯(PHBHHx)的生產，而第四代PHA羥基丁酸羥基辛酸(癸酸)共聚酸[PH-BO(PHBD)]尚處於開發階段。其中作為第三代PHA的PHBHHx是由清華大學及其合作企業實現了首次大規模生產。與傳統化工塑膠產品的生產過程相比較，PHA的生產是一種低能耗和低二氧化碳排放的生產，因此從生產過程到產品對於環境保護都是很有利的。
(2)PHA生產的另一條可行的途徑是利用轉基因植物來實現。PHA在植物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成為一種可持續?可再生的材料生產方式。現在已在菸草?馬鈴薯?棉花?油菜?玉米?苜蓿等植物中實現了包括 PHB?PHBV以及中長鏈PHA等不同PHA的合成。而其中在馬鈴薯塊根中的PHA合成是最具生產前景的。目前PHA的價格還很難和石油化工塑膠相競爭，而聚丙烯的價格低於1美元/kg，而一些最便宜的生物可降解塑膠的價格為3-6美元 /Kg，而當今理想的PHB的生產成本為4美元/kg，隨著規模的擴大，生產成本將進一步降低，但很難達到2-3美元/kg，這主要是由於細菌發酵底物成本所決定。 但透過轉基因植物的PHA合成，有望將PHA的成本大大降低，因為植物利用二氧化碳和太陽能生產植物油和澱粉的成本分別為0.5-1美元/kg和0.25美元/kg，另外植物中PHA的提取過程也有了較好的研究，提取成本不高於細菌中PHA的提取成本。PHA在植物中的生產將使經濟作物的可再生資源使用大大地邁進，這個專案的成功可能使到2020年植物生產基本化學原料和材料中可更新資源的使用達到現在的5倍。
PHA因其良好的生物降解性和生物相容性在藥物緩釋體系中發揮著越來越重要的作用。最早的PHA作為藥物釋放包裹微球的研究是1983年對於PHB的研究，之後隨著PHBV 的發展，PHA的藥物包裹研究帶來了很大的進展。研究表明可透過調節PHA的單體組成?分子量?藥物包裹量?包裹顆粒大小實現藥物的可控速率釋放。此外，很多學者還利用PCL等其他聚合物與PHA進行混合包裹藥物的研究也取得了一定的成果。在PHA近十年的研究熱潮中，雖然在生產和應用方面的主要技術專利仍掌握在美?歐?日等發達國家和地區
生物降解材料PHA介紹
中，但我國這幾年在這方面的研究取得了長足的進展，在生產方面掌握了一些具有自主智慧財產權的菌種和後期工藝，特別是近兩年在組織組織工程研究方面有較好的研究成果，已有多項專利處於申請公開期，這些為PHA作為我國有自主智慧財產權的生物材料今後的產業化打下了良好的基礎。
PHA既是一種效能優良的環保生物塑膠，又具有許多可調節的材料效能，其隨著成本的進一步降低以及高附加值應用的開發，將成為一種成本可被市場接受的多應用領域生物材料。由於它是一個組成廣泛的家族，其從堅硬到高彈性的效能使其可以適用於不同的應用需要。PHA的結構多樣化以及效能的可變性使其成為生物材料中重要的一員。相對於PLA，PHA發展的歷史很短，發展的潛力更大，其應用的空間也更大。 天津國韻生物材料有限公司(簡稱“國韻生物”)致力於可完全生物降解的生物基高分子材料聚羥基烷酸酯PHA及其應用產品的研發、生產及銷售。公司已在天津濱海新區建設全球最大的PHA生產基地，逐步實現人類自1925年發現PHA以來要將其產業化生產並服務大眾的夢想。
國韻生物的目標是推動完全生物降解材料更多的應用於生產和生活的各個領域，使人類減少對石油資源的耗用，從而更有效的減少溫室氣體的排放和塑膠垃圾對環境的汙染，為社會的可持續發展做出貢獻。與相同使用功能的塑膠產品相比，由於採用的是植物而非石油製造，因此PHA產品的整個生命週期有更少的能源耗用，同時能減少溫室氣體的生成。
國韻生物開發的PHA系列產品(商品名：綠素 SoGreen)是一種可完全生物降解的生物基高分子材料，其製品用完廢棄後無需堆肥，於土壤、汙水、河水、海水中經3～6個月可被微生物分解成CO2和水，是國際公認的具有100%生物分解能力的聚合物材料。
公司具有年產萬噸PHA的生產能力，且具有雄厚的下游應用領域開發實力。現已成功的開發了吹膜粒料(綠素2013)，價效比在全生物降解膜粒料中最優。國韻還獨家開發了PHA發泡粒料，發泡倍率在20倍以上，可製成取代傳統的聚苯乙烯(PS)的全降解發泡餐盒。同時還在研發壓片、制膠、纖維等工藝。
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