PHAMCL的微生物合成及生物降解材料的生物降解性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)塑料大多來(lái)源于石油,在自然界中難以降解。由此引起的石油危機(jī)和環(huán)境污染,迫使人們研究開發(fā)生物降解材料——可在自然界被微生物分解的高分子材料。聚羥基脂肪酸酯(PHA)是一種可替代傳統(tǒng)塑料的微生物合成聚酯,本文研究了新型中長(zhǎng)鏈PHA(PHAMCL)的微生物合成;對(duì)共混法制備的新型生物降解材料進(jìn)行了降解性能研究:同時(shí),為了評(píng)價(jià)材料的生物降解性能,提出了環(huán)境降解參數(shù)的概念并建立了相應(yīng)的檢測(cè)方法;并且,基于ISO14852國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),建立了采用混

2、合降解菌群快速檢測(cè)生物降解材料降解性能的方法。
　　 本研究從土壤中分離到一株P(guān)HAMCL合成菌,采用16S rRNA序列分析和BIOLOG微生物分類鑒定系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了分類鑒定,命名為門多薩假單胞菌NK-01(Pseudomonas mendocina NK-01)。利用FT-IR,NMR,GC-MS,DSC,TG,X-ray等技術(shù)對(duì)發(fā)酵合成的PHAMCL的性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明PHAMCL是一種具有高度粘彈性的聚合物;由五種

3、不同碳數(shù)的單體組成,即:3-羥基己酸、3-羥基辛酸、3-羥基癸酸、△7-3-羥基十六烷酸和3-羥基十八烷酸。
　　 對(duì)P.mendocina NK-01的PHA合酶基因進(jìn)行了研究,克隆了PHA合酶基因phaC1和phaC2,分別在E.coli JM109中進(jìn)行了表達(dá)。結(jié)果表明phaC1和phaC2具有底物專一性。phaC1重組菌E.coli JM109(pBS-PM01)能夠利用辛酸或癸酸積累單體成分主要為3-羥基辛酸的PHAM

4、CL;而phaC2重組菌E.coli JM109(pBS-PM02)能夠利用辛酸、癸酸或十四碳酸積累單體成分主要為3-羥基十四碳酸的PHAMCL。同源性分析表明P.mendocina NK-01 phaC1和phaC2相似程度為67.56％。
　　 利用共混法制備生物降解材料也被研究了。本研究制備了PPC/PHBV、PPC/PLA和PLA/PPC/PHBV三種共混材料,旨在改善新型生物降解材料PPC的生物降解性和物理學(xué)性能。借助

5、于DSC、TG和拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)共混材料的熱力學(xué)性能和組分相容性進(jìn)行了研究;通過(guò)土壤懸濁擬環(huán)境降解實(shí)驗(yàn)和擬生理環(huán)境降解實(shí)驗(yàn)對(duì)材料的降解性能進(jìn)行了研究;采用NMR、SEM和GPC對(duì)材料降解前后的結(jié)構(gòu)和分子量變化進(jìn)行了研究。探討了共混材料的降解機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),PPC/PHBV是非相容的共混體系,PPC/PLA和PLA/PPC/PHBV為部分相容的共混體系。由于缺乏降解菌,PPC在自然環(huán)境中降解緩慢,但是其在PBS緩沖液中降解速率相對(duì)較快,無(wú)定

6、型態(tài)的特點(diǎn)使其在降解過(guò)程中主要發(fā)生鏈的隨機(jī)斷裂,導(dǎo)致PPC的降解和分子量的下降。另外,在上述共混物體系中的各組分優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),PHBV賦予共混物優(yōu)良的生物降解性能,PLA為共混物賦予較高的模量和拉伸強(qiáng)度,PPC賦予共混物較高的韌性和斷裂伸長(zhǎng)率。共混材料PLA/PPC/PHBV(40/40/20,20/40/40)各組分間相互作用表現(xiàn)出了優(yōu)異的材料物性和降解性。
　　 為了改善生物降解材料降解性能評(píng)價(jià)方法耗時(shí)長(zhǎng)和重復(fù)性差的現(xiàn)狀,本研究

7、建立了一種利用混合降解菌群快速檢測(cè)材料生物降解性能的方法。從土壤、活性污泥、河水等自然環(huán)境中分離各類不同生物降解材料的降解菌216株;采用平行降解實(shí)驗(yàn)法篩選出各類降解材料強(qiáng)降解菌20株,組成混合降解菌群;參照ISO14852的方法,設(shè)計(jì)該方法的檢測(cè)裝置,并對(duì)14種生物降解材料進(jìn)行了降解性能檢測(cè)。結(jié)果表明,該方法能夠縮短檢測(cè)時(shí)間,檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性好。
　　 另外,本研究首次提出了生物降解材料環(huán)境降解參數(shù)(EdK)概念,建立了相應(yīng)的檢