传统塑料的绝佳替代品——PHA生物基可降解塑料

在人们的固有印象中，生物降解塑料只是一个概念化的物品，综合性能远不及传统的石油基塑料。然而随着生物技术的发展，这种观念正在逐渐被刷新。

PHA是一种天然酯类物质。在自然界中，许多微生物都有一种特性，即在生长条件不平衡时，比如缺乏氮、磷、氧等营养元素，体内为了应付食物紧张就会储存一些原料，这些聚合物就是天然酯类，它可以被许多细菌激活，导致快速降解。

PHA生物基可降解塑料则完全以可再生资源——淀粉为原料，利用上述特种微生物，通过一系列酶工程、发酵工程，合成可完全分解至二氧化碳和水的高分子材料，并可与石油化工树脂性能相媲美。

PHA生物基可降解塑料具有化学合成塑料的一些性质，其性能如下:

断裂伸长率：5%(23℃)

悬臂梁无缺口冲击强度：37 J/m

拉伸强度：20 MPa(23℃)

热变形温度：110℃（ 0.45MPa 未退火）

热变形温度 能57℃（1.80MPa 未退火）

熔融温度 167.5 ℃

清华大学生命科学学院教授陈国强认为，与大家熟知的聚乳酸等生物基材料相比，PHA的显著优点在于，能通过结构调节使最终产品应用于不同领域，而支撑这种优点的就是其单体的多样性。

据介绍，早在2000年，人们就已发现了超过150种的PHA单体。单体结构变化以及共聚物中不同单体比例的不同，也给PHA结构变化带来了无限可能。

通过调整单体配比，PHA产品性能可以横跨纤维、塑料、橡胶、热熔胶等不同范畴，加上PHA兼具良好的生物相容性，其应用领域已不局限在单一的塑料制品，还可以在农药缓释剂、高性能生化滤膜、医药缓释长效药物载体以及骨钉、手术缝合线、人体整形填充材料等方面大显身手。

业内专家表示，PHA已经成为生物材料领域最为活跃的研究热点，我国在PHA研究方面介入较早，目前处于世界先进水平。

宁波天安生物材料有限公司是目前全世界生产PHA规模较大的企业，目前已达到2000 t／a的生产能力。该公司在成为全球重要PHA原料生产基地的同时，也正积极探索着具体产品应用的路径。该公司就实现了第二代生物塑料PHBV（聚羟基丁酸—戊酸酯）的工业化生产，至今为全球范围内能实现量产的企业。

PHBV是一种PHA的共聚物，分子量达30万以上，可使用普通的塑料加工机械进行加工。由于采用化学溶剂提取细菌体内物质成本高昂，且有化学物残留的问题，采用了“水相提取法”，仅用常温水就可以提取。

据了解，水相提取法的具体过程就是通过加入一些环保“助剂”使细胞裂解破碎，蛋白质水解使得菌体中的PHA微粒直接释放在水中，再经过沉淀、过滤后就可以得到产品。

由于这种材料在堆肥、土壤、海水等环境中都能完全分解，另外还具有很好的生物相容性以及对水、气的高阻隔，这使得PHBV成为上好的人体组织工程材料，能够用作医用缝线、骨钉等，此外还可用作农用地膜、购物袋、餐具以及食品包装材料等。

目前，水相提取法已经取得了中国、美国、日本、澳大利亚等国的专利授权，生产技术领先于国际水平。

如今，PHBV制品的生产工艺进一步开发，涉足较多的便是注塑产品，如高尔夫球托、一次性餐具等，其它还有薄膜、板材、吸塑包装等。

我国生物基材料原材料的生产技术虽然已经处于国际领先地位，但开发的终端产品仍大多主要在低端市场竞争。

生物降解塑料应该占领塑料行业的顶端市场，而不是底层低端市场。从全行业的产量来看，应该将其应用集中或主要放在高附加值的终端产品上，比如高端仪器设备、高档服装等的外包装袋，而不应该是量大利薄的垃圾袋。

国内生物基材料产业虽然存在一定问题，但整个产业仍然显现出快速发展态势。随着欧美发达国家有关环保政策出台，生物基材料产品的出口量也将成倍增加。

2020年，生物降解包装在整个塑料包装中的市场份额提升至20%左右。一个巨大的潜在市场正在向生物降解塑料敞开大门。