綠色材料生物可分解聚酯材料量產技術、功能化及分解技術開發-總計畫暨子計畫三：生物可分解PHA材料摻合技術開發及產品製備(I)

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题名:	綠色材料生物可分解聚酯材料量產技術、功能化及分解技術開發-總計畫暨子計畫三：生物可分解PHA材料摻合技術開發及產品製備(I)
其它题名:	The Development of Blending Technologies and Products of Biodegradable PHA Material(I)
作者:	董崇民;賴森茂;陳信龍
贡献者:	淡江大學化學工程與材料工程學系
关键词:	生物可分解塑膠;聚羥基烷酯;微生物醱酵;聚摻合體
日期:	2004
上传时间:	2009-03-16 15:12:29 (UTC+8)
摘要:	根據統計，全球每年所生產的塑膠製品達到一億五千萬多噸，這些塑膠製品帶來人們生活上許多便利和舒適；但是大部份的塑膠都極為安定，經過相當長的時間也不會分解，不管是在陸地上或海洋，都已形成嚴重的環保問題。因此塑膠垃圾減量與發展生物可分解性塑膠已是刻不容緩的工作。而在各種生物可分解性塑膠當中，若要同時考慮「環境友好材料」與「清潔生產」時，則微生物醱酵型的聚羥基烷酯類(PHA)就成了最適合的選擇。不論從原料來源、中間製程及產品廢棄後，都可以符合綠色生產和綠色產品的要求。首先在操作程序上，微生物合成高分子方法簡單，只需要有發酵槽，而微生物在槽內的培養液中生長，在發酵過程中微生物體內會累積高分子。其次是在合成過程中幾乎沒有環境污染，因此有人稱這種方法為環境友好的高分子合成方法。第三是合成的高分子材料具有生物可分解性和生物相容性，而且這種可分解性是可以完全分解為CO2 和H2O。這種材料不僅有利於減少環境污染，而生物相容性又增加了它在醫學領域上的應用。第四是可進行高分子材料的結構控制，即可以藉著控制微生物合成高分子時的環境條件，來製備不同結構的高分子材料。 PHA 最具代表性的材料是聚羥基丁酯(PHB)，為大多數細菌所生產的PHA 種類，不過PHB 在生產及應用上碰到一些問題，第一個是成本過高，第二個是傳統萃取分離方法都使用氯仿溶劑，因此如何減少氯仿用量，甚至不使用有機溶劑，就成了很重要的課題。第三個問題是PHB 材料熱穩定性低，加工溫度窗口窄，此部份可以藉著生產PHBV 共聚合體來解決，若能生產出HV 單元佔20%以上，則玻璃轉移點及熔點將可分別降低至-5 oC 及135 oC，如此可降低加工溫度，第四個是PHB 及PHBV 的延展性不夠，韌性偏低，屬於硬脆材料。PHB 及PHBV 的結晶度可達60~90%，若能降低結晶度及結晶顆粒大小，將有助於韌性的增加。此部份將利用和其他高分子摻合來達成。若能摻合相容性高分子也可以降低熔點，增加加工溫度窗口。本計畫最主要目的在進行PHA 材料摻合技術的開發及產品製備，作為改善PHA 的加工和機械性質及控制生物分解速率。本研究將優先考量摻合聚已二醇(PEG)及聚醋酸乙烯酯(PVAc)或它們的共聚合體，這兩個聚合體具有生物分解性及生物相容性，只不過分解速率較慢。這兩個聚合體和PHB 的相容性不錯，溶解度參數值經計算後，PHB 為9.4 (cal/cm3)1/2，PEG 為9.1 (cal/cm3)1/2，PVAc 為9.8 (cal/cm3)1/2，非常接近。研究內容主要包括: 第一年: 1.以農業副產品為碳源，利用嗜鹽菌發酵生產聚羥基烷酯類(PHA)，分析生產出的PHA 結構和組成； 2.建立有效之萃取分離方法，希望在不影響到萃取效率下，能減少分離時間及減少氯仿使用量，最後希望能完全避免使用氯仿； 3.測量生產出的PHA 材料性質，建立結構和性質的關係，包括了熱性質和機械性質，此性質資料庫將可作為最適發酵生產條件的依據及未來業界的參考； 4.PHA 材料摻合聚已二醇(或共聚合體)的研究探討，包括摻合比例、摻合方式及條件等，對摻合體結構和形態的影響； 5.測量不同摻合比例及摻合條件下，PHA/聚已二醇(或共聚合體)摻合體的熱性質、機械性質和酵素水解性質；第二年: 1. PHA 材料摻合聚醋酸乙烯酯(或共聚合體)的研究探討，包括摻合比例、摻合方式及條件等，對摻合體結構的影響； 2. 測量不同摻合比例及摻合條件下，PHA/聚醋酸乙烯酯(或共聚合體)摻合體的結晶形態及結晶動力學； 3. 測量不同摻合比例及摻合條件下，PHA/聚醋酸乙烯酯(或共聚合體)摻合體的熱性質、機械性質和酵素水解性質；第三年: 1. 針對PHA/聚已二醇(或共聚合體)摻合體，加入適當的相容劑，探討不同相容劑含量對摻合體結構和形態(包括結晶形態及結晶動力)的影響； 2. 測量不同相容劑含量下，PHA/聚已二醇(或共聚合體)摻合體的熱性質、機械性質和酵素水解性質； 3. 針對PHA/聚醋酸乙烯酯(或共聚合體)摻合體，加入適當的相容劑，探討不同相容劑含量對摻合體結構和形態(包括結晶形態及結晶動力)的影響； 4. 測量不同相容劑含量下，PHA/聚醋酸乙烯酯 (或共聚合體)摻合體的熱性質、機械性質和酵素水解性質。
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