PHA材料可能是世界上用途最廣的材料

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

世界上用途最廣的材料？

我們認為，天然PHA材料展現(xiàn)其巨大的應用多功能性，勝過其他任何現(xiàn)有材料所能達到的。原因是，自然界許多地方都存在天然的PHA材料，甚至出現(xiàn)的時間遠超人類。PHA代表聚羥基脂肪酸酯，它可以有無數(shù)個不同的基團。因而我們直言PHA的性質(zhì)是無意義的，因為不同的分子具有不同的性質(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、動物和人類）新陳代謝的一部分。它們是營養(yǎng)和能量儲存物質(zhì)。自然我們可以認為是生物降解材料，也可以認為是各種環(huán)境中的生物機體飼料。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)能擴張正在計劃或在建，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，也能應用于一些非傳統(tǒng)的聚合物應用，如動物飼料、人類和動物的細胞再生、反硝化和化妝品。

傳統(tǒng)的塑料應用：

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，許多應用得到開發(fā)，主要集中在注重生物降解性和高附加值的應用。

事實上，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)境下實現(xiàn)生物降解(即碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳氣體)，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。

應德國聯(lián)邦食品和農(nóng)業(yè)部的要求，BioSinn項目的結(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。例如當很難甚至不可能從用于家庭或工業(yè)堆肥的有機材料中分離出塑料時，當為了避免塑料碎片進入開放環(huán)境，又或者清除它們十分困難或代價昂貴時，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報告還提到了許多應用的可能?？偠灾?，目前，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。

當然生物降解性并不是PHA唯一的獨特賣點(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(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，但這也只是一個時間問題。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特賣點之一。

最后，由于每年都有大量的塑料進入我們的海洋，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，首批應用已經(jīng)出現(xiàn)在市場，但規(guī)模依然很小，應用的發(fā)展還處于早期階段，特別是紡織應用。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)的塑料應用也得到開發(fā)并實現(xiàn)商業(yè)化。包括動物飼料、醫(yī)療保健（包括人類和動物）、反硝化作用、人造草皮和化妝品等方面的應用。

在特定環(huán)境（廢水處理、水族館、蝦、魚、龜養(yǎng)殖場等）中，當氨過多時，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。因為，它通過生物降解為反硝化過程提供了碳。如今，這些應用的材料已經(jīng)在市場銷售。

另一個完全不同的應用則是將天然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)干細胞。微球的降解時間約為一年，而降解產(chǎn)物被細胞利用并幫助細胞的生長。

除此之外，PHA還可用于骨再生、皮膚損傷修復（傷口閉合）、神經(jīng)引導導管等。由這種材料制成的支架也已經(jīng)被證明可以處理骨修復，還能修復受損的食道。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，其中一個便是利用PHA為材料的載體來控制藥物運輸傳遞。

除了這些，PHB和其他天然PHA材料也可用作動物的飼料或飼料添加劑：用PHB喂養(yǎng)水生生物研究證實，PHB在動物的生長，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，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，觀察到它可以誘導熱休克蛋白(Hsp)的表達，并在一定程度上有助于保護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菌群落，影響其健康。

綜上所述，PHB對大黃魚等海洋動物和對食物敏感的斷奶幼豬等常見陸地動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物誤食塑料包裝垃圾而死亡。基于天然PHA材料平臺的合成和應用實例，我們認為這種新型材料平臺好比一個沉睡的巨人，具有很好的前景。

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