生物质高分子材料PHA的加工改性探究
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摘 要：近年来，随着社会经济和高分子科学的进一步发展，高分子材料出现在人们的日常生活中，大量的高分子材料给人们的生活带来了便利，但与此同时废弃的高分子材料给人们提出了难题，这就促使人们开发新型可降解的高分子材料，生物质高分子材料PHA的出现为人们解决了这一难题。本文从高分子材料的现状入手，探究生物质高分子材料PHA的加工改性以及为人类带来的福音
关键词：高分子材料 生物质 加工改性
一、生物质高分子材料PHA的概述
近年来，我国对生物可降解高分子材料进行了深入地研究和开发，尤其是聚羟基脂肪酸酯PHA颇受关注。聚羟基脂肪酸酯是细菌胞内合成的一种高分子化合物，在营养不平衡的环境下，细菌把多余的物质转换为探源和能源的储备物，同时将水溶性小分子转换为水不溶性的大分子PHA。PHA因具有某些合成塑料如聚丙烯、聚乙烯的物化特性，又具有独特的生物可降解行、光学活性、生物兼容性、气体相隔性以及压电性等被认为是可替代传统的由石油合成的、不可降解的塑料，PHA被称为新型的生物可降解塑料。
PHA结构多样，且因其自身结构变化拥有较多的新材料性能，所以应用前途比较广泛。在食品包装材料、卫生材料、纸涂层材料、光学材料、电子工程材料以及一些一次性用品，如高档包装材料、新型医学材料骨钉、骨板等方面广泛应用。
PHA由具有光学活性的R构型降级脂肪酸单体组成，是一种线性可降解聚酯，其单体组成对自身的物理性质起决定性作用，常见的PHA材料主要有以下几种：聚β-羟基丁酸酯（PHB）、聚-3-羟基丁酸-3-羟基戊酸之（PHBV）、聚-3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯（PHBHHX）、聚-3-羟基丁酸-4-羟基丁酸酯（P3/4HB）等。
二、聚合物的加工改性
经过高分子材料科学成熟的发展，通过共混、共聚和表面改性等手段对高分子材料进行化学改性或物理改性以此达到提高聚合物某些性能引起了人们广泛的重视。将不同的聚合物混合，或者将种类相同但相对分子质量不同的聚合物进行混合，或者把聚合物和其他物料相互混合形成新的共混聚合物，通过以上的手段都可以实现聚合物的共混改性，聚合物共混改性后不单单是改变了聚合物的性能，更是开发了新型聚合物材料的崭新功能，因此，聚合物的共混改性已经发展为当今世界高分子材料工程科学中最为活跃的领域之一。PHB作为PHA中最具代表性的生物塑料，在生活的各个领域都有着广泛的应用前景，下面以PHB为例，探究一下生物质材料的加工改性。
三、PHB的加工改性研究
1.制备聚合物
1.1制备单端枪击聚羟基丁酸酯（PHB-OH）
用甲醇打断大的PHB分子链，对PHB片段封端，从而可以制的只有一端含羟基的PHB片段（PHB-OH）。制备方法如下：氯仿作为溶剂，硫酸作为催化剂，将15gPHB溶于150ml的氯仿中，75°C回流30min后，取2.5nl浓硫酸溶于50ml甲醇中，冰浴冷却之后逐滴地滴加到上述的回流流体中，根据自己需要可以控制回流时间，至设定时间后冷却至室温，然后大量蒸馏水洗涤、分液、静置分层后弃去水层，有机层洗涤两次后，用无水硫酸镁干燥过夜，过滤，滤液使用无水甲醇沉淀，减压过滤，将产物放在40°C的真空烘箱里面干燥48小时以上，即成。
1.2制备不饱和端基低聚物
取1.5g干燥的PHB-OH放在事先干燥好的四口瓶中，加入50ml除水的二氯甲烷和0.2ml的三乙胺，30°C油浴中磁子搅拌，完全溶解后，低价溶有0.3ml的丙烯酰氯的二氯甲烷30ml，继续反应3小时，过滤沉淀，滤液使用适量饱和的碳酸氢钠洗涤两次，使用蒸馏水洗涤三次，然后用无水硫酸镁干燥过夜，过滤之后的滤液使用甲醇沉淀，减压过滤，最后产物常温真空干燥，即成。
2.运用傅里叶变换红外光谱仪对聚合物材料进行定性表征
对于已经提纯过的待测样品，将其配置成10mg/ml的氯仿溶液，然后滴3滴在KBr镜片上面，在红外灯的照射下干燥形成薄膜。之后用Nicolet IR200幸好傅里叶变化红外光谱仪对其进行32次的扫描，（该仪器分辨力为1cm-1）。观察得到的红外图谱，可以确定待测物中的基因。
3.材料热学性能测试
聚合材料的热学性能测试，取少量样品，通过热失重分析仪或者示差扫描量热仪对样品温度曲线进行分析。
4.材料的力学性能测试
取少量待测样品，将其裁剪成哑铃型样条，使用CMT4000型号微机控制电子万能试验机，移动千分尺，岑亮样条的宽度、厚度、起始标距，待位移回零之后，在室温下仪5mm/min进行拉伸，用计算机记录材料的应力-应变曲线，通过实验，得到材料弹性模量、拉伸强度以及断裂伸长率等参数。
5. PHB物理改性研究
使用增塑剂DOS，形成PHB/DOS共混体系。经实验验证，共混体系随着增塑剂DOS的含量增加，材料的拉伸强度和杨氏模量降低，断裂的伸长率不明显，当共混体系中DOS含量达到35%时，共混体系的机械性最好，但对于共混体系来说，DOS的增塑效果并不明显，因此，DOS常作为辅助增塑剂。
使用乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）增塑PHB体系，和DOS对比，ATBC增塑效果较明显，因为ATBC自身的机型和分子量相对比较小，能很好的茶道PHB的链段之间，增加PHB链间的距离，减小高分子链间产生的相对滑移摩擦力，从而达到较好的增速效果。
四、结语
PHB作为生物质高分子材料PHA的一类，有其显著的缺点，PHB比较脆，但通过对PHB的加工改性，可以弥补其缺点，更好地发挥它的优势。本文通过制备共混材料、测试其热学性和力学性，选取增塑剂材料来改善PHB的热学性能，以及使用物理方法加工改性材料，上述一系列的加工改性方法表明了，我们可以通过物理的、化学的加工改性方法提高PHA类材料的综合性能，赋予PHA材料新的使用性能，使其拥有更美好的发展前景。
参考文献
[1]曾方，王文广，夏邦福.可生物降解高分子材料的研究进展及应用[J].塑料工业.2006,8:33-38
[2]赵红玉，唐赛珍.生物降解塑料与可持续发展[J].中国塑料.2006，34:61-68
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