研究背景:
生物降解塑料是一类由自然界存在的微生物作用而引起降解的塑料。在过去的几十年中,塑料的大量使用对陆地和海洋环境都产生了严重的危害,因此开发能够进行生物降解的新材料来代替普通塑料已经成为解决塑料污染问题的关键。无规聚(R,S)-3-羟基丁酸酯(a-PHB)是一种天然聚羟基丁酸酯(n-PHB)的无定形类似物,它可以与各种结晶聚酯共混或共聚,从而调节其机械性能和生物降解性能。近年来,a-PHB与n-PHB共混物在土壤中的降解研究已有报道,结果表明共混物要比n-PHB降解速度更快,这也为降解塑料的研究提供了思路。
研究内容:
研究人员将无规聚(R,S)-3-羟基丁酸酯(a-PHB)与3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)共混,并将其放入含有活性污泥的堆肥和海水两种环境中进行为期42天的降解实验。降解在实验室条件下进行,水解时pH = 7.4,T = 70℃,酶解时pH = 8.0,T = 37℃。
主要研究结果:
1、PHBV与a-PHB共混物在(a)活性污泥堆肥和(b)海水中特定生物降解期后的失重
2、经过特定的生物降解期后,PHBV的分子量和多分散性在活性污泥堆肥和海水中的变化
3、活性污泥堆肥中共混物的热性能和力学性能变化
4、海水中共混物的热性能和力学性能变化
研究结论:
(1)在活性污泥堆肥和海水两种环境中,PHBV和a-PHB共混物都会发生降解,但堆肥中样品的降解程度更大。此外,在两种环境中,纯PHBV的失重比分子量的变化更显著,说明降解是通过表面侵蚀机制进行的。
(2)二元共混物的降解与a-PHB的含量有关,且降解过程大致可以分为两个阶段,第一阶段是非晶相降解,导致样品的结晶度增加,这在一定程度上使得样品的拉伸强度等力学性能提高,第二阶段发生其他相的降解。
参考文献:
Rutkowska M , Krasowska K , Heimowska A , et al. Environmental Degradation of Blends of Atactic Poly[(R,S)-3-hydroxybutyrate] with Natural PHBV in Baltic Sea Water and Compost with Activated Sludge[J]. Journal of Polymers & the Environment, 2008, 16(4):183-191.原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10924-008-0100-0