可降解塑料的生物合成
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天然高分子型是利用淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白 质等天然高分子材料制备的生物降解材料。这类物质来 源丰富，可完全生物降解，而且产物安全无毒性，日益 受到重视。
美国Warner-Lambert公司开发了由70%支链淀粉和 30%直链淀粉制成的新型树脂，有良好的生物降解性， 可替代农业上使用的各种生物降解材料。
一种普遍存在的中间产物，在原核生物和真核生物中发现的含有100-
例如3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的（PHBV）共聚物中 β -羟基戊酸组分的增加可使熔点从180oC（PHB）降至 75oC。
多数有关细菌聚β -羟基烷酸（PHAs）的物理化学性质 的研究是针对β -羟基丁酸（PHB）及3-羟基丁酸与3-羟基 戊酸的共聚物（PHBV）两种聚合物进行的。
PHB是高度结晶的晶体，其物理性质以及分子结构上与 聚丙烯（PP）很相似，例如熔点、玻璃态温度、结晶度、 抗张强度等，而PHB具有相对密度大、透氧率低和抗紫外线 照射以及具有光学活性、阻湿性和压电性等优点。
已有研究表明，采用PHAs制作的香波瓶，在自然环境 中9个月后，可基本上被完全降解，而同样用合成塑料制 作的物品，完全降解时间约需100年。因此，研究和开发 聚β -羟基烷酸（PHAs），使之成为同类用途的石化合成 塑料最有潜在的替代品，可避免或减少塑料废物对环境的 污染，具有深远的环境意义。
第二节 PHAs的结构、物理化学性质和应用
第一节 可降解塑料概述
石化工业的兴起，使得石油化工合成塑料在人 类生活中扮演着重要的角色，70年代以来，塑料 工业得到迅猛的发展，无论工业、农业、建筑业、 还是人们的日常生活，无不与塑料密切相关。
但目前所使用的化学合成塑料在自然环境中 很难分解，也不会被腐蚀，燃烧处理又会产生有 害气体，越来越多的塑料垃圾却对环境造成巨大 的危害。
聚β -羟基烷酸（PHAs）的生物降解性和生物相容性是 许多化学合成塑料所不具备的。PHAs这类热塑性聚酯能纺 丝、压膜或注塑，在工业上可用作各类包装材料等，在医 药方面的应用由于有生物相容性的特点，可作外科缝线、 骨骼代用品或骨板，手术后无需取出。
研究还发现PHB的降解产物D(-)-3-羟基丁酸是所有高等动物中的
近年日本相继成立了生物降解塑料研究会、生物 降解塑料实用化检讨委员会，日本通产省已将生物降 解塑料作为继金属材料、无机材料、高分子材料之后 的“第四类新材料”。
欧洲Bhre-Eurae更是对生物降解塑料建立了完善 的降解评价体系。
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命 活动能很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完 全生物降解塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为 天然高分子材料、微生物合成材料、化学合成材料、掺 混型材料等。
④回收利用难。塑料制品种类多，填料、颜料多样， 难以分拣回收再利用。
⑤生态环境危害大。地膜降低耕地质量，农作物植株 矮小，抗病力差；残膜随风飘动，对周围环境、畜牧业、 养殖业都有很大的影响
数量如此巨大的塑料垃圾对生态和环境产 生了严重的影响，由此引发的环境问题将日益 严重。许多国家已开始用生物可降解塑料代替 部分石油化工合成塑料，并陆续颁布了一些法 规，禁用某些塑料制品。
③处理难。塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、 难降解的特性。埋地里处理百年不烂；燃烧时产生大 量有毒气体，如HCl、SOx、CO等。
各种塑料及相近制品在环境中被预期降解的时间
制 品 自动售 铝罐 聚乙烯泡 可处置 木制筷子 塑料瓶
货机杯
沫杯/盘 尿布
（PET）
时间/a ＞20 ＞100 ＞500 ＞20 ＞20 ＞100
如意大利已立法规定自1991年起所有包装 用塑料都必须生物可降解，我国也开始禁用塑 料方便餐盒等不可降解的塑料制品。
当前，生产降解塑料的国家主要有美国、 意大利、德国、加拿大、日本、中国等。
美国是开发降解塑料的主要国家之一，主要有十 几家单位，如塑料降解研究联合体（PDRC）、生物/ 环境降解塑料研究会（BEOPS）等，其宗旨Βιβλιοθήκη Baidu于进行 有关降解材料合成、加工工艺、降解试验、测试技术 和方法标准体系的建立。
多种微生物在一定条件下能在细胞内积累聚β -羟 基烷酸（PHAs）作为碳源和能源的贮存物。
我们采用溶剂法从不同细菌中可以提取这些多聚物， 有些多聚物的相对分子质量可高达2×106。
每个PHA颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的 物理化学性质和机械性能如韧度、脆性、熔点、玻璃态 温度和抗溶剂性等与单体的组成有极大的关系。
普通塑料是以合成树脂为主的化学合成材料。对环境 污染具有以下特点：
①污染范围广，江河湖泊、田野山川无处不有。 ②污染物增长量快。 据统计，全世界每年对塑料的需求量为1亿吨，倾入 海洋的塑料垃圾达数10万吨，陆上的更是难以计数。 1985年我国农用薄膜为30万吨，1990年为50万吨， 2005年，中国包装用塑料需求量达到了500万吨，按30%为 难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算，则废弃物产 生量达150万吨。我国可覆盖地膜的面积为5亿多亩，需求 量已达到100万。
在众多的生物可降解材料中，采用微生物发酵法 生产的聚β -羟基烷酸（简称PHAs），成为应用环境 生物学方面的一个研究的热点。其中，β -羟基丁酸 （简称PHB）及3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物[简 称P(3HB-co-3HV)或PHBV]是PHAs族中研究和应用最广 泛的两种多聚体。
聚β -羟基烷酸（PHAs）作为一种有光学活性的 聚酯，除具有高分子化合物的基本特性，如质轻、弹 性、可塑性、耐磨性、抗射性等外，更重要的是它还 具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs的通式可写成：
R
O
O CH CH2 C n
R为甲基时，单体为β -羟基丁（HB）； R为乙基时，单体为β -羟基戊酸（HV）； R为丙基时，单体为β -羟基己酸（HC）； R为丁基时，单体为β -羟基庚酸（HH）；
n为单体的数目。 R为甲基时，其聚合物为β -羟基丁酸（PHB） ， R为乙 基时，其聚合物为β -羟基戊酸（PHV）；其他依次类推。
美国Warner-Lambert公司开发了由70%支链淀粉和 30%直链淀粉制成的新型树脂，有良好的生物降解性， 可替代农业上使用的各种生物降解材料。
一种普遍存在的中间产物，在原核生物和真核生物中发现的含有100-
例如3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的（PHBV）共聚物中 β -羟基戊酸组分的增加可使熔点从180oC（PHB）降至 75oC。
多数有关细菌聚β -羟基烷酸（PHAs）的物理化学性质 的研究是针对β -羟基丁酸（PHB）及3-羟基丁酸与3-羟基 戊酸的共聚物（PHBV）两种聚合物进行的。
PHB是高度结晶的晶体，其物理性质以及分子结构上与 聚丙烯（PP）很相似，例如熔点、玻璃态温度、结晶度、 抗张强度等，而PHB具有相对密度大、透氧率低和抗紫外线 照射以及具有光学活性、阻湿性和压电性等优点。
已有研究表明，采用PHAs制作的香波瓶，在自然环境 中9个月后，可基本上被完全降解，而同样用合成塑料制 作的物品，完全降解时间约需100年。因此，研究和开发 聚β -羟基烷酸（PHAs），使之成为同类用途的石化合成 塑料最有潜在的替代品，可避免或减少塑料废物对环境的 污染，具有深远的环境意义。
第二节 PHAs的结构、物理化学性质和应用
第一节 可降解塑料概述
石化工业的兴起，使得石油化工合成塑料在人 类生活中扮演着重要的角色，70年代以来，塑料 工业得到迅猛的发展，无论工业、农业、建筑业、 还是人们的日常生活，无不与塑料密切相关。
但目前所使用的化学合成塑料在自然环境中 很难分解，也不会被腐蚀，燃烧处理又会产生有 害气体，越来越多的塑料垃圾却对环境造成巨大 的危害。
聚β -羟基烷酸（PHAs）的生物降解性和生物相容性是 许多化学合成塑料所不具备的。PHAs这类热塑性聚酯能纺 丝、压膜或注塑，在工业上可用作各类包装材料等，在医 药方面的应用由于有生物相容性的特点，可作外科缝线、 骨骼代用品或骨板，手术后无需取出。
研究还发现PHB的降解产物D(-)-3-羟基丁酸是所有高等动物中的
近年日本相继成立了生物降解塑料研究会、生物 降解塑料实用化检讨委员会，日本通产省已将生物降 解塑料作为继金属材料、无机材料、高分子材料之后 的“第四类新材料”。
欧洲Bhre-Eurae更是对生物降解塑料建立了完善 的降解评价体系。
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命 活动能很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完 全生物降解塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为 天然高分子材料、微生物合成材料、化学合成材料、掺 混型材料等。
④回收利用难。塑料制品种类多，填料、颜料多样， 难以分拣回收再利用。
⑤生态环境危害大。地膜降低耕地质量，农作物植株 矮小，抗病力差；残膜随风飘动，对周围环境、畜牧业、 养殖业都有很大的影响
数量如此巨大的塑料垃圾对生态和环境产 生了严重的影响，由此引发的环境问题将日益 严重。许多国家已开始用生物可降解塑料代替 部分石油化工合成塑料，并陆续颁布了一些法 规，禁用某些塑料制品。
③处理难。塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、 难降解的特性。埋地里处理百年不烂；燃烧时产生大 量有毒气体，如HCl、SOx、CO等。
各种塑料及相近制品在环境中被预期降解的时间
制 品 自动售 铝罐 聚乙烯泡 可处置 木制筷子 塑料瓶
货机杯
沫杯/盘 尿布
（PET）
时间/a ＞20 ＞100 ＞500 ＞20 ＞20 ＞100
如意大利已立法规定自1991年起所有包装 用塑料都必须生物可降解，我国也开始禁用塑 料方便餐盒等不可降解的塑料制品。
当前，生产降解塑料的国家主要有美国、 意大利、德国、加拿大、日本、中国等。
美国是开发降解塑料的主要国家之一，主要有十 几家单位，如塑料降解研究联合体（PDRC）、生物/ 环境降解塑料研究会（BEOPS）等，其宗旨Βιβλιοθήκη Baidu于进行 有关降解材料合成、加工工艺、降解试验、测试技术 和方法标准体系的建立。
多种微生物在一定条件下能在细胞内积累聚β -羟 基烷酸（PHAs）作为碳源和能源的贮存物。
我们采用溶剂法从不同细菌中可以提取这些多聚物， 有些多聚物的相对分子质量可高达2×106。
每个PHA颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的 物理化学性质和机械性能如韧度、脆性、熔点、玻璃态 温度和抗溶剂性等与单体的组成有极大的关系。
普通塑料是以合成树脂为主的化学合成材料。对环境 污染具有以下特点：
①污染范围广，江河湖泊、田野山川无处不有。 ②污染物增长量快。 据统计，全世界每年对塑料的需求量为1亿吨，倾入 海洋的塑料垃圾达数10万吨，陆上的更是难以计数。 1985年我国农用薄膜为30万吨，1990年为50万吨， 2005年，中国包装用塑料需求量达到了500万吨，按30%为 难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算，则废弃物产 生量达150万吨。我国可覆盖地膜的面积为5亿多亩，需求 量已达到100万。
在众多的生物可降解材料中，采用微生物发酵法 生产的聚β -羟基烷酸（简称PHAs），成为应用环境 生物学方面的一个研究的热点。其中，β -羟基丁酸 （简称PHB）及3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物[简 称P(3HB-co-3HV)或PHBV]是PHAs族中研究和应用最广 泛的两种多聚体。
聚β -羟基烷酸（PHAs）作为一种有光学活性的 聚酯，除具有高分子化合物的基本特性，如质轻、弹 性、可塑性、耐磨性、抗射性等外，更重要的是它还 具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs的通式可写成：
R
O
O CH CH2 C n
R为甲基时，单体为β -羟基丁（HB）； R为乙基时，单体为β -羟基戊酸（HV）； R为丙基时，单体为β -羟基己酸（HC）； R为丁基时，单体为β -羟基庚酸（HH）；
n为单体的数目。 R为甲基时，其聚合物为β -羟基丁酸（PHB） ， R为乙 基时，其聚合物为β -羟基戊酸（PHV）；其他依次类推。