來自可再生材料的生物聚合物是目前使用的傳統(tǒng)石油基塑料的有前途的替代品，盡管它們在性能和加工性方面面臨限制。天然填料已被確定為創(chuàng)造可持續(xù)復合材料的戰(zhàn)略途徑，廢棄副產(chǎn)品形式的天然填料受到了特別關注。

因此，這篇文章的主要重點是提供一個環(huán)境友好的聚羥基烷酸酯(PHA)聚合物及其復合材料的最新突破的廣泛概述。

PHA是通過糖和脂肪酸的細菌發(fā)酵獲得的脂肪族聚酯，被認為在應對可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)以替代各種工業(yè)部門的傳統(tǒng)塑料方面發(fā)揮著關鍵作用。此外，文章審查了生物可降解聚合物和聚合物復合材料的潛力，特別強調(diào)了天然復合材料，目前的趨勢和未來的市場前景。

越來越多的環(huán)境問題促使人們開始討論在日常使用中將可生物降解材料與天然填料相結合的重要性，強調(diào)需要明確的框架和經(jīng)濟激勵措施來支持這些材料的使用。最后，它強調(diào)了解決聚合物行業(yè)環(huán)境挑戰(zhàn)的持續(xù)研究和開發(fā)工作的不可或缺的必要性，反映了所有行業(yè)對可持續(xù)材料日益增長的興趣。

自從引入不同的石化基聚合物制造工藝以來，塑料工業(yè)有了顯著的發(fā)展。塑料有幾個優(yōu)點，包括耐用性、重量輕和價格低廉，從包裝到基礎設施組件，所有塑料材料中大約有一半是一次性使用的。全世界每年生產(chǎn)4億多噸塑料，幾乎沒有回收利用，對環(huán)境造成嚴重破壞，需要采取緊急行動。

預計到2050年，主要塑料廢物的產(chǎn)量將達到250億噸，這促使了可持續(xù)發(fā)展的重大進展。到2025年，領先的塑料包裝公司打算在其產(chǎn)品中使用100%可回收、可生物降解或可重復使用的塑料。

歐盟和High Ambition雄心勃勃聯(lián)盟正在領導關于減少塑料污染的法律強制文書的討論，這是朝著長期解決方案邁出的關鍵的第一步。由于最近的大規(guī)模生產(chǎn)，塑料的環(huán)境壽命仍然未知，大多數(shù)品種需要數(shù)千年才能分解，這取決于當?shù)氐沫h(huán)境變量。

因此，固體廢物已成為一個主要的全球性問題，導致轉向由天然填料和聚合物制成的環(huán)境友好型材料來緩解這一問題。聚合物由長的、重復的分子鏈組成，具有不同的鍵合和結構特性。

聚合物復合材料是通過將聚合物添加到其他材料、納米材料、添加劑和其他化合物中，使其比金屬、木材和皮革等傳統(tǒng)材料更好、更便宜而制成的[4]。目的是獲得一種具有改進性能的材料，例如增加的強度、耐久性、增加的韌性、較低的密度和用于一系列工程應用的輕質(zhì)設計。

除了可生物降解之外，由生物成分組成的生物復合材料還具有無毒和使用更安全的優(yōu)點，其優(yōu)點包括減少污染物排放和減少對不可再生資源的依賴。

聚羥基烷酸酯(PHAs)是由幾種細菌在營養(yǎng)脅迫環(huán)境下產(chǎn)生的微生物聚酯，具有與傳統(tǒng)聚合物相似的熱塑性特征。然而，它們相對較高的成本限制了它們在一次性產(chǎn)品中的應用，主要限于高價值應用，如醫(yī)療和制藥行業(yè)。

增加PHA復合材料的使用需要降低原始PHA的生產(chǎn)成本，并使用低成本的天然和無機填料。例如，含有來自農(nóng)業(yè)和工業(yè)作物如玉米、小麥、甘蔗渣等的木質(zhì)纖維素纖維和天然填料的復合材料已顯示出具有低密度和有價值的機械性能等優(yōu)點，并用于包裝、汽車和建筑行業(yè)。

PHA是在營養(yǎng)限制條件下由微生物產(chǎn)生的可生物降解聚合物，為傳統(tǒng)的石油基塑料提供了可持續(xù)的替代品。PHA是一種類似于石化塑料的熱塑性材料，由羥基鏈烷酸制成。

單體的性質(zhì)由其碳鏈的長度決定；中鏈PHA具有彈性，而短鏈PHA類似于常規(guī)聚合物，如聚丙烯。常見的PHA聚合物(如PHB和PHBV)充當細菌能量儲存的底物，就像植物淀粉和動物脂肪一樣。在整個工業(yè)PHA生產(chǎn)過程中，富含能量的原料被轉化為脂肪酸。

純化的聚合物粉末或顆粒是通過細胞經(jīng)歷的分離、溶解和提取循環(huán)產(chǎn)生的。聚-3-羥基丁酸酯(P3HB或PHB)可能是最常見和研究最廣泛的PHA，來源于細菌對糖或脂肪的發(fā)酵，其特征在于其高結晶度和脆性。

生物復合材料，其中來自可再生副產(chǎn)品的天然纖維與PHA混合，正在推動可持續(xù)材料的發(fā)展。生物復合材料將來自可再生副產(chǎn)品的天然纖維與PHAs混合，是可持續(xù)材料創(chuàng)新的驅(qū)動力。

木材和農(nóng)業(yè)廢棄物等來源的天然纖維具有高強度、低密度和可再生性等優(yōu)良特性，非常適合用作復合材料的增強材料。生物復合材料結合了天然纖維和PHA，用于各種包裝和汽車應用]。它們改善機械性能，加速生物降解，減少環(huán)境影響。這些生物復合材料有望成為長期的替代品。研究人員也在調(diào)查轉基因細菌菌株中PHA的產(chǎn)生。

PHA基材料在主流應用中的使用越來越多，這可歸因于它們的生物降解性和生物相容性。PHA與共聚物如聚乙二醇(PEG)的共聚可以改變PHA的機械和熱特性。含有大麻、蕉麻、亞麻和洋麻等纖維的生物復合材料的機械性能超過了純聚合物。

PHA復合材料的性能受諸如纖維模量、長徑比、形態(tài)和界面粘合等因素的影響。改善PHA生物降解的努力集中于天然填料和纖維，它們將水和酶的通道引入聚合物基質(zhì)，加速降解。PHA是有用的生物材料，由于其結構可變性和適應性，在許多領域具有廣泛的應用前景。

盡管存在上述障礙，如高生產(chǎn)成本和分子不穩(wěn)定性，但人們一直在努力降低成本和擴大PHA的商業(yè)利益，使其成為一種具有廣闊應用前景的多功能材料。PHA現(xiàn)已嵌入我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多部分，并用于所有行業(yè)。

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