聚乳酸PHA有哪些缺點？探索聚乳酸PHA復(fù)合材料的未來

時間：2024-07-10

來自可再生材料的生物聚合物是目前使用的傳統(tǒng)石油基塑料的有前途的替代品，盡管它們在性能和加工性方面面臨限制。填料已被確定為創(chuàng)造可持續(xù)復(fù)合材料的戰(zhàn)略途徑，廢棄副產(chǎn)品形式的填料受到了特別關(guān)注。

因此，這篇文章的主要是提供一個環(huán)境友好的聚羥基烷酸酯(PHA)聚合物及其復(fù)合材料的新突破的廣泛概述。

PHA是通過糖和脂肪酸的細(xì)菌發(fā)酵獲得的脂肪族聚酯，被認(rèn)為在應(yīng)對可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)以替代各種工業(yè)部門的傳統(tǒng)塑料方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。此外，文章審查了生物可降解聚合物和聚合物復(fù)合材料的潛力，特別強(qiáng)調(diào)了復(fù)合材料，目前的趨勢和未來的市場前景。

越來越多的環(huán)境問題促使人們開始討論在日常使用中將可生物降解材料與填料相結(jié)合的重要性，強(qiáng)調(diào)需要明確的框架和經(jīng)濟(jì)激勵措施來支持這些材料的使用。后，它強(qiáng)調(diào)了解決聚合物行業(yè)環(huán)境挑戰(zhàn)的持續(xù)研究和開發(fā)工作的的必要性，反映了所有行業(yè)對可持續(xù)材料日益增長的興趣。

自從引入不同的石化基聚合物制造工藝以來，塑料工業(yè)有了顯著的發(fā)展。塑料有幾個優(yōu)點，包括性、重量輕和價格低廉，從包裝到基礎(chǔ)設(shè)施組件，所有塑料材料中大約有一半是一次性使用的。全世界每年生產(chǎn)4億多噸塑料，幾乎沒有回收利用，對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，需要采取緊急行動。

預(yù)計到2050年，主要塑料廢物的產(chǎn)量將達(dá)到250億噸，這促使了可持續(xù)發(fā)展的重大進(jìn)展。到2025年，的塑料包裝公司打算在其產(chǎn)品中使用**可回收、可生物降解或可重復(fù)使用的塑料。

歐盟和High Ambition雄心勃勃聯(lián)盟正在關(guān)于減少塑料污染的法律強(qiáng)制文書的討論，這是朝著長期解決方案邁出的關(guān)鍵的步。由于近的大規(guī)模生產(chǎn)，塑料的環(huán)境壽命仍然未知，大多數(shù)品種需要數(shù)千年才能分解，這取決于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境變量。

因此，固體廢物已成為一個主要的性問題，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向由填料和聚合物制成的環(huán)境友好型材料來緩解這一問題。聚合物由長的、重復(fù)的分子鏈組成，具有不同的鍵合和結(jié)構(gòu)特性。

聚合物復(fù)合材料是通過將聚合物添加到其他材料、納米材料、添加劑和其他化合物中，使其比金屬、木材和皮革等傳統(tǒng)材料好、而制成的[4]。目的是獲得一種具有改進(jìn)性能的材料，例如增加的強(qiáng)度、耐久性、增加的韌性、較低的密度和用于一系列工程應(yīng)用的輕質(zhì)設(shè)計。

除了可生物降解之外，由生物成分組成的生物復(fù)合材料還具有和使用的優(yōu)點，其優(yōu)點包括減少污染物排放和減少對資源的依賴。

聚羥基烷酸酯(PHAs)是由幾種細(xì)菌在營養(yǎng)脅迫環(huán)境下產(chǎn)生的微生物聚酯，具有與傳統(tǒng)聚合物相似的熱塑性特征。然而，它們相對較高的成本限制了它們在一次性產(chǎn)品中的應(yīng)用，主要限于高應(yīng)用，如和制藥行業(yè)。

增加PHA復(fù)合材料的使用需要降低原始PHA的生產(chǎn)成本，并使用的和無機(jī)填料。例如，含有來自農(nóng)業(yè)和工業(yè)作物如玉米、小麥、甘蔗渣等的木質(zhì)纖維素纖維和填料的復(fù)合材料已顯示出具有低密度和有的機(jī)械性能等優(yōu)點，并用于包裝、汽車和建筑行業(yè)。

PHA是在營養(yǎng)限制條件下由微生物產(chǎn)生的可生物降解聚合物，為傳統(tǒng)的石油基塑料提供了可持續(xù)的替代品。PHA是一種類似于石化塑料的熱塑性材料，由羥基鏈烷酸制成。

單體的性質(zhì)由其碳鏈的長度決定；中鏈PHA具有彈性，而短鏈PHA類似于常規(guī)聚合物，如聚丙烯。常見的PHA聚合物(如PHB和PHBV)充當(dāng)細(xì)菌能量儲存的底物，就像植物淀粉和動物脂肪一樣。在整個工業(yè)PHA生產(chǎn)過程中，富含能量的原料被轉(zhuǎn)化為脂肪酸。

純化的聚合物粉末或顆粒是通過細(xì)胞經(jīng)歷的分離、溶解和提取循環(huán)產(chǎn)生的。聚-3-羥基丁酸酯(P3HB或PHB)可能是常見和研究廣泛的PHA，來源于細(xì)菌對糖或脂肪的發(fā)酵，其特征在于其高結(jié)晶度和脆性。

生物復(fù)合材料，其中來自可再生副產(chǎn)品的纖維與PHA混合，正在推動可持續(xù)材料的發(fā)展。生物復(fù)合材料將來自可再生副產(chǎn)品的纖維與PHAs混合，是可持續(xù)材料的驅(qū)動力。

木材和農(nóng)業(yè)廢棄物等來源的纖維具有高強(qiáng)度、低密度和可再生性等優(yōu)良特性，非常適合用作復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。生物復(fù)合材料結(jié)合了纖維和PHA，用于各種包裝和汽車應(yīng)用]。它們改善機(jī)械性能，加速生物降解，減少環(huán)境影響。這些生物復(fù)合材料有望成為長期的替代品。研究人員也在調(diào)查轉(zhuǎn)基因細(xì)菌菌株中PHA的產(chǎn)生。

PHA基材料在主流應(yīng)用中的使用越來越多，這可歸因于它們的生物降解性和生物相容性。PHA與共聚物如聚乙二醇(PEG)的共聚可以改變PHA的機(jī)械和熱特性。含有、蕉麻、亞麻和洋麻等纖維的生物復(fù)合材料的機(jī)械性能過了純聚合物。

PHA復(fù)合材料的性能受諸如纖維模量、長徑比、形態(tài)和界面粘合等因素的影響。改善PHA生物降解的努力集中于填料和纖維，它們將水和酶的通道引入聚合物基質(zhì)，加速降解。PHA是有用的生物材料，由于其結(jié)構(gòu)可變性和適應(yīng)性，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

盡管存在上述障礙，如高生產(chǎn)成本和分子不穩(wěn)定性，但人們一直在努力降和擴(kuò)大PHA的商業(yè)利益，使其成為一種具有廣闊應(yīng)用前景的多功能材料。PHA現(xiàn)已嵌入我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多部分，并用于所有行業(yè)。

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