天然PHA材料，既能應(yīng)用于熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體、潤滑劑、膠、粘合劑等傳統(tǒng)的塑料應(yīng)用，也能應(yīng)用于一些非傳統(tǒng)的聚合物應(yīng)用，如動(dòng)物飼料、人類和動(dòng)物的細(xì)胞再生、反硝化和化妝品等。

世界上用途最廣的材料？

我們認(rèn)為，天然PHA材料展現(xiàn)其巨大的應(yīng)用多功能性，勝過其他任何現(xiàn)有材料所能達(dá)到的。原因是，自然界許多地方都存在天然的PHA材料，甚至出現(xiàn)的時(shí)間遠(yuǎn)超人類。PHA代表聚羥基脂肪酸酯，它可以有無數(shù)個(gè)不同的基團(tuán)。因而我們直言PHA的性質(zhì)是無意義的，因?yàn)椴煌姆肿泳哂胁煌男再|(zhì)。

然而，許多PHA材料是天然存在的，如PHB及其一些共聚物，如PHBV、PHBHHx、P3HB4HB、PHBO和PHBD。這些材料不是合成塑料，而是在自然界中發(fā)現(xiàn)的天然材料，就像纖維素或淀粉。

這些天然大分子并不是通過化學(xué)聚合產(chǎn)生的，而是由天然的營養(yǎng)物質(zhì)（糖、植物油、淀粉等）通過酶控的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成的。

這些天然的PHAs是自地球上的生命開始以來，所有生物體（包括植物、動(dòng)物和人類）新陳代謝的一部分。它們是營養(yǎng)和能量儲(chǔ)存物質(zhì)。自然我們可以認(rèn)為是生物降解材料，也可以認(rèn)為是各種環(huán)境中的生物機(jī)體飼料。此外，與大多數(shù)其他材料不同，它們可以完全滿足于各種形式的末端處理。

如今，這些生物良性材料即便由工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，不過也只是模仿自然合成途徑。有許多產(chǎn)能擴(kuò)張正在計(jì)劃或在建，特別是在亞太地區(qū)和北美地區(qū)。這些材料既能應(yīng)用于熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體、潤滑劑、膠、粘合劑，也能應(yīng)用于一些非傳統(tǒng)的聚合物應(yīng)用，如動(dòng)物飼料、人類和動(dòng)物的細(xì)胞再生、反硝化和化妝品。

傳統(tǒng)的塑料應(yīng)用：

在過去的十年里，許多公司已經(jīng)投資了數(shù)十億美元用于開發(fā)和建設(shè)，利用工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)天然PHA材料。同時(shí)，許多應(yīng)用得到開發(fā)，主要集中在注重生物降解性和高附加值的應(yīng)用。

事實(shí)上，天然的PHA物質(zhì)是各種環(huán)境中生物的飼料，因此它們能在各種環(huán)境下實(shí)現(xiàn)生物降解(即碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w)，盡管生物降解的速率取決于幾何形狀和外部條件，如溫度、濕度和其他。

應(yīng)德國聯(lián)邦食品和農(nóng)業(yè)部的要求，BioSinn項(xiàng)目的結(jié)果描述了25種市場產(chǎn)品組合，其中生物降解是一種可行的處理結(jié)果。例如當(dāng)很難甚至不可能從用于家庭或工業(yè)堆肥的有機(jī)材料中分離出塑料時(shí)，當(dāng)為了避免塑料碎片進(jìn)入開放環(huán)境，又或者清除它們十分困難或代價(jià)昂貴時(shí)，生物降解性體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。

目前，市場上天然PHA材料的產(chǎn)品包括咖啡膠囊、垃圾袋、夾子、無紡布、食品包裝薄膜、化妝品中的微塑料和咖啡杯中的涂層紙。其中涂層紙還可被造紙業(yè)回收利用。除此之外BioSinn報(bào)告還提到了許多應(yīng)用的可能?？偠灾壳?，最大的挑戰(zhàn)是全球天然PHA的總生產(chǎn)力，而許多新工廠也正在建設(shè)中。

當(dāng)然生物降解性并不是PHA唯一的獨(dú)特賣點(diǎn)(USP)，一家聯(lián)合企業(yè)已經(jīng)明確表示，他們顯著提升了公司的科研水平以研發(fā)天然的PHA材料。他們開發(fā)出新的PHA化合物，由100%生物基構(gòu)成，耐高溫，易于加工，并可訂做成為各種耐用的產(chǎn)品。

不僅如此，PHA已可作為薄膜或3D打印中的主體成分，而幾年前，它們經(jīng)常與PBAT或PLA一起作為添加劑使用。高分子量非結(jié)晶或低結(jié)晶度PHA等級(jí)(如P3HB4HB的50% 4HB或PHBHHx的30% Hx)的可調(diào)性讓我們得以改變高分子的性能、屬性。

此外，一些低E-模量的天然PHA材料已經(jīng)被開發(fā)出來用于熱熔粘合劑、壓敏粘合劑、層壓粘合劑和密封劑。到目前為止，由于產(chǎn)量較低，使用范圍較小，但這也只是一個(gè)時(shí)間問題。有幾種材料被用于涂層中的抹灰劑，以取代二氧化硅，從而獲得更好的透明度和觸覺性能（軟感覺）。這些觸覺特性是這些材料的獨(dú)特賣點(diǎn)之一。

最后，由于每年都有大量的塑料進(jìn)入我們的海洋，很多人積極參與到用PHA制作紡織布與無紡布纖維的開發(fā)中。雖然，首批應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)在市場，但規(guī)模依然很小，應(yīng)用的發(fā)展還處于早期階段，特別是紡織應(yīng)用。目前，該市場上用于紡織的纖維，除了含有天然PHA材料外，還含有其他聚合物。

非傳統(tǒng)的塑料應(yīng)用：

鑒于天然PHA材料在自然環(huán)境中的作用和其外觀，一些非傳統(tǒng)的塑料應(yīng)用也得到開發(fā)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。包括動(dòng)物飼料、醫(yī)療保?。òㄈ祟惡蛣?dòng)物）、反硝化作用、人造草皮和化妝品等方面的應(yīng)用。

在特定環(huán)境（廢水處理、水族館、蝦、魚、龜養(yǎng)殖場等）中，當(dāng)氨過多時(shí)，需要反硝化處理。氨通過氧化變成硝酸鹽和亞硝酸鹽。而天然的PHA則是硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氮的優(yōu)良碳源。因?yàn)?，它通過生物降解為反硝化過程提供了碳。如今，這些應(yīng)用的材料已經(jīng)在市場銷售。

另一個(gè)完全不同的應(yīng)用則是將天然PHA用于醫(yī)療。在人體內(nèi)，人們可以使用由PHA構(gòu)成的微球來容納并培養(yǎng)干細(xì)胞。微球的降解時(shí)間約為一年，而降解產(chǎn)物被細(xì)胞利用并幫助細(xì)胞的生長。

除此之外，PHA還可用于骨再生、皮膚損傷修復(fù)（傷口閉合）、神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管等。由這種材料制成的支架也已經(jīng)被證明可以處理骨修復(fù)，還能修復(fù)受損的食道。Tepha公司（美國）生產(chǎn)上述幾種產(chǎn)品已有約10年，麥得發(fā)（中國）也在這一領(lǐng)域有所成果，其中一個(gè)便是利用PHA為材料的載體來控制藥物運(yùn)輸傳遞。

除了這些，PHB和其他天然PHA材料也可用作動(dòng)物的飼料或飼料添加劑：用PHB喂養(yǎng)水生生物研究證實(shí)，PHB在動(dòng)物的生長，腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，和抗病能力方面有優(yōu)良的效果，同時(shí)，PHB可作為歐洲海鱸魚幼魚的能量來源，有助于增加全身的脂質(zhì)含量。

PHB也被用作保護(hù)蝦免受致病的坎貝爾弧菌的抗生素的替代品，觀察到它可以誘導(dǎo)熱休克蛋白(Hsp)的表達(dá)，并在一定程度上有助于保護(hù)蝦免受坎貝爾弧菌的侵襲，提高蝦的生長性能和消化酶活性、以及虹鱒魚的免疫系統(tǒng)功能，提高中華絨螯蟹幼體的體重。

PHB還提高了羅氏沼蝦幼蟲、藍(lán)貽貝幼蟲和尼羅羅非魚幼魚的存活率。PHB不僅能影響海洋生物，還能影響大型牲畜。飼料組成影響大型家畜腸道細(xì)菌群落，影響其健康。

綜上所述，PHB對大黃魚等海洋動(dòng)物和對食物敏感的斷奶幼豬等常見陸地動(dòng)物的生長無不良影響。將來，PHB制成的塑料，可能包括其共聚物PHBV和P3HB4HB，可以再次用作動(dòng)物的飼料添加劑。

更好的是，由天然PHA材料制成的塑料可以取代石化塑料，以避免海洋或陸地動(dòng)物誤食塑料包裝垃圾而死亡。基于天然PHA材料平臺(tái)的合成和應(yīng)用實(shí)例，我們認(rèn)為這種新型材料平臺(tái)好比一個(gè)沉睡的巨人，具有很好的前景。

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