发信人: zjliu (Robusting), 信区: Lixueyuan
标  题: 来自再生资源的热塑性塑料－PHB
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Jan  3 13:37:54 2003) , 转信

 


生物降解材料可以分为两大类：合成的及从再生资源中获得的。这种材料的关键在於聚
合物链次单位之间的化学键。该等化学键相当脆弱，在潮湿高温时易於水解，或者直接
受到以聚合物为食物源之微生物的侵袭。为全面实现生物降解而非生物腐蚀，最终的单
体必须在特定时间内由细菌和真菌进行新陈代谢。对於天然聚合物而言，这不会形成任
何问题，因为演变过程保了各种成分得以循环使用，避免了积聚。但是，对於大多数合
成生物可降解物料而言，目前还不能明这一点，特别是含有聚烯烃或芳族残渣时更是如
此。如果大规模使用更会最终在土壤中积聚起来。一个明显的例子是聚氯乙烯（PVC）中
使用的苯二甲酸酯。大多数苯二甲酸增塑剂都能生物降解。但是，降解的速度低於输入
的速度，因此，苯二甲酸增塑剂会积聚於河流沉积物中。
天然生物塑料主要包括两大类：热塑性淀粉和生物聚酯PHB及PLA（具体为PLLA）。

再生资源的生物降解塑料
淀粉基热塑性塑料对湿度十分敏感，但是，生物降解程度相当快速。因此，淀粉基热塑
性塑料是餐饮品等短存放期物品的首选材料。另一方面，生物聚酯能全面防水。作为生
物聚酯材料之一的PLLA，其形成是通过天然L-乳酸的聚合反应而获得。另一种生物聚酯
材料PHB也是通过同样的方式从产生PHB作为食物储备的微生物中萃取得到的。PLLA的玻
璃转化温度为50℃-60℃。如果熔体低於该温度骤冷，制成的产品就是透明的。但PHB的
玻璃转化温度在0℃以下，这样不能获得稳定的透明品。
PHB与大多数聚合物的区别在於无侧链，完全等规立构，绝对不含成核剂。

PHB独特的特性
不难想象，该类材料的加工和特性不同传统聚合物。
由於完全无侧链，不能引起聚合物链的缠结，该材料就似煮熟的意大利条，互相滑动，
难於处理。所谓无缠结指的是PHB熔化後成为类似水的液体。因此，不能进行挤塑或注塑
。
所谓绝对等规立构指的是聚合物链易於排列和结晶，换言之，即特别易於固化，甚至能
在螺上凝固。更糟糕的是，在固体状态下分子还将继续排列，直到所有聚合物链完全均
衡为止。这一过程称为老化，可持续长达200天。在这一漫长的时间内，其特性会发生变
化。因此，在多种用途中均无法适用。
由於绝对不含成核剂，甚至不含微量催化剂，PHB的结晶无任何规则可言。结晶无固定开
始位置，可随处开始，但是，决不会在需要高密度成核的位置开始。相反，当结晶开始
於某一点之後，所有聚合物链将快速沿该点排列，形成极大的球晶，因而凝固後的PHB容
易脆裂。
换言之，PHB是一种十分难於处理的塑料。

但是，可从另一角度来看待这种特性。由於熔体粘度很低，因此既无须极大的合模力，
也可成型超薄壁或杂结构。由於该材料易於结晶，则可实现很快的加工速度。不含任何
成核剂，则可通过外部添加成核剂而随意改变其延展性。
熔体低粘性问题可通过简单的方式解决。众所周知，煮熟的意大利条难於处理，但冷却
後却具有粘性。PHB链亦如此。通过降低或增加挤塑机或注塑机的温度分，就可调整熔体
粘性。这样，可使PHB具有粘性，易於注塑或挤塑成型。
PHB易於结晶的特性可缩短循环时间。在料筒和模具中采用合适的温度分和成核剂来加工
PHB，通常循环时间比传统塑料快20%-30%。
最後，为了控制球晶密度，可以添加两种平衡的成核剂，从而产生30%-50%微米左右的球
晶尺寸。实践明，这对於大多数应用均相当理想，也克服了脆裂或老化等问题。
如果在固化过程中对材料进行拉伸，球晶会出现平坦扩展式的排列，拉伸强度增加至30
0MPa以上。
总而言之，PHB不仅是一种可完全生物降解的聚酯，更是一种性能优良的树脂。利用该种
特性，可成0.1毫米壁厚的产品，可成型杂的结构，可加快循环时间，同时，不需要采用
大型机械。

PHB的应用
解其特性之後，现在探讨在什麽情况下考虑采用PHB代替传统聚合物。
首先，目前有许多塑料品，“可完全生物降解”已成为其卖点。这主要指食品和饲料包
装。这一卖点也包括用於外用品或休用品等能在大自然中消失的物品。例如，能在大自
然中完全消失的火筒。“可完全生物降解”标签成为卖点的潜在市场是家庭园艺和墓地
用品。
但是，PHB只能由活性微生物降解，该等微生物必须在高湿度和存在磷酸盐及其它盐类的
情况下才能繁殖。换句话说，PHB只能在堆肥化条件下才能降解。在非堆肥化或技术环境
中，PHB可多年保持稳定。
如在技术应用中用PHB代替传统聚合物，首先应考虑的是结构杂的品。该等品通常采用成
本高昂的液晶聚合物（LCP）进行生产。PHB熔体粘性很低，能使问题迎刃而解。PHB易於
流入微型料道和杂结构中。因此，PHB是敏感性的LCP替代材料，至少对於承受温度不超
过130℃-150℃的品时情况如此。
熔体的低粘度对於生产具有精致表面压印的物品也相当有利。例如低於1μ、清晰度良好
的全景（EM）图片。这一特性可用通过单次注射生产外观优美的表面，无须再装饰。
另外，造薄壁品也是新的应用领域。在此基础上，不需要很大的合模力。低粘性的PHB熔
体，可采用小型机械进行生产，这样大型机械可用於生产其它大型品。牙膏管或化妆品
管也可采用单次注射进行成型，不再需要对管材进行粘贴处理。
同时，十分快速的循环时间也为微注塑提供了广阔的前景。当产品重量下降至0.5克时，
机械成本则按比例增长至品总成本的90%。可以想象，在特定时间内，采用PHB可生产13
0万件品，采用其它聚合物时则只能生产100万件品。
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