每年,大約有1000多萬噸的塑料廢棄物進入海洋,由于塑料無法在海洋中自然降解,因此也成為了海洋動物的最大殺手之一。又由于塑料袋在海洋中的形態與海龜喜愛吃的水母相像,常常導致海龜誤食,乃至死亡。因此,尋找由可自然降解的生物質材料制成的塑料成為全球產業關注的重點領域。
由于高分子生物材料PHA(Polyhydroxyalkanoates,聚羥基脂肪酸酯)可以在淡水、海水、土壤、堆肥等自然和人工環境中,在有氧和無氧條件下實現生物降解,完全轉化為水和二氧化碳,不會留有任何有毒的殘留物、微塑料或納米塑料的小顆粒,而且,PHA具有類似塑料的力學性能和加工性能,因此,成為全球產業界試圖大規模產業化應用的新型材料,并期望在不久的未來取代一次性塑料的使用。
自塑料被發明以來,它已經成為人類生活中不可或缺的產品。塑料的原料品種很多,有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等,這些皆是化學合成的高分子材料。高分子材料產業始于20世紀初,發展至今已有100年左右的歷史,像尼龍(PA,聚酰胺)做成的絲襪,滌綸樹脂(PET,聚對苯二甲酸乙二醇酯)做成的飲料瓶,聚氨酯(PU,聚氨基甲酸酯)做成的航空飛行甲板墊、客艙墻等均已滲透到現代生活的方方面面。
然而,塑料在提升人類生活品質的同時,也帶來了嚴重的環境污染問題。上述材料在自然界很難被降解,尤其是包裝中使用的塑料占全部塑料產量的40%,根據經合組織發布的《全球塑料展望報告》,其中僅有9%的塑料被回收利用,成為環保中的一大難題。
在此背景下,業界開始尋找傳統塑料的替代方向。目前的替代方案有兩種:傳統非石化材料(如玻璃、陶器、金屬、紙等)和生物可降解材料。生物可降解材料又分為石油基和生物基。
目前,生物降解聚合物主要分為三類:生物質來源且由生物合成的聚合物,如淀粉、纖維素、蛋白質、脂肪(包括天然PHA)等;生物質來源的單體經化學合成得到的聚合物,如PLA、PGA等;化石來源的單體經化學合成得到的聚合物,如PBAT、PBS等。
PHA在生物體內主要是作為能量的貯藏性物質而存在。打個形象的比喻,它就是細菌要吃的“能量棒”。由這種“能量棒”做成的材料被埋入地下,或進入海洋、淡水時,能夠在細菌的作用下自然降解,整個循環過程遵循著從自然中來,又回到自然中去的模式。
天然PHA是微生物合成的一系列聚酯,目前,已經發現其具有150多種不同的結構單元或單體。在實際應用中,該系列產品包括PHB、PHBV、PHBH等,它們各自具有不同的屬性。
PHBH是目前商業化生物降解材料中唯一可以與纖維素和淀粉對等的,在不同環境中都可以進行很好降解的天然高分子材料。相比其他的可降解材料,它除了在降解性上有不錯的表現,還可以通過與其他材料共混改性來提高最終產品的可降解性。
2019年全球PHA組織(簡稱“GO!PHA”)產業聯盟成立,該組織將提供一個合作平臺來應對海洋塑料和自然資源保護的挑戰,支持企業可持續發展目標。白淵斌作為中國的代表,于2023年當選為該組織六位董事會成員之一。他說:“我們從決定做PHA的那一天起,就選擇面向全球市場,在開拓市場的同時,也在持續為行業發聲,并與產業界上下游伙伴合作,共同為人類提供更可持續的解決方案。”
PHA的應用領域涵蓋了許多領域,接下來,小編將詳細介紹幾個PHA主要的應用領域,希望對大家有所幫助。
首先,醫療領域是PHA的主要應用領域之一。PHA具有良好的生物相容性和低毒性,因此被廣泛應用于醫療器械和醫藥包裝材料的制造。例如,PHA可以用于制作外科縫線、骨修復材料和組織工程支架等,在這些應用中,PHA材料的生物降解性能可以避免二次手術取出材料的需求,從而減少患者的痛苦和治療成本。
其次,食品包裝是另一個PHA的重要應用領域。傳統塑料包裝對環境產生很大的壓力,而PHA作為一種生物降解塑料,具備在自然環境中迅速降解的能力,因此被廣泛用于食品包裝領域。PHA可以用來制作一次性餐盒、購物袋和飲料杯等,其降解性能可以減少包裝垃圾的數量,減輕對環境的影響。
此外,農業領域也是PHA的一個重要應用領域。傳統農膜在使用后往往無法很好地降解,導致土壤和水源被嚴重污染。而使用PHA制作的生物降解農膜可以在農田使用后迅速降解,避免對環境造成長期的污染。此外,PHA也可以用于生物肥料包裹材料的制造,提高肥料的利用率,減少對農業生態系統的負面影響。
此外,PHA還有許多其他的應用領域。例如,PHA可以用于制作生物可降解的塑料袋、環境友好型的一次性餐具、紡織品纖維等。這些應用使得PHA成為一種全方位可靠的替代傳統塑料的新材料。
總的來說,生物降解塑料PHA在醫療、食品包裝、農業和其他領域都有廣泛的應用前景,而且PHA作為一種有望替代傳統塑料的生物降解塑料,它是具備諸多優點,為解決塑料污染問題提供了一種可行的解決方案,隨著技術的進步和市場需求的增加,相信PHA的應用領域將會進一步拓展。
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