生產(chǎn)具有改善的機(jī)械性質(zhì)的聚羥基鏈烷酸酯復(fù)合塑料的方法
【專利說(shuō)明】生產(chǎn)具有改善的機(jī)械性質(zhì)的聚超基鏈燒酸醋復(fù)合塑料的 方法
[000。 相關(guān)申請(qǐng) 本申請(qǐng)要求來(lái)自W下美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C. § 119(e)下的優(yōu)先權(quán)：2012年12月 18日提交的申請(qǐng)序列號(hào)61/738, 667。通過(guò)引用將該申請(qǐng)W其全部?jī)?nèi)容合并在本文中。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及從生物質(zhì)回收聚徑基鏈燒酸醋（PHA)用于生產(chǎn)運(yùn)些聚合物的塑料化合 物。
[000引發(fā)明背景 作為在廣泛應(yīng)用范圍內(nèi)的非生物可降解塑料的替代或補(bǔ)充，生物可降解塑料越來(lái)越受 工業(yè)的關(guān)注。一類的生物可降解聚合物為聚徑基鏈燒酸醋（PHA)。PHA為微生物生產(chǎn)的生 物高分子，作為暫時(shí)細(xì)胞內(nèi)顆粒體用于能源和碳源的中間儲(chǔ)備。從生物質(zhì)回收并純化的PHA 顯示出多樣化的物理化學(xué)性質(zhì)，其可使得它們適合用作熱塑性塑料和彈性體內(nèi)的成分。由 運(yùn)些聚合物制成的塑料的化合物可被±壤微生物生物降解和所W在作為可再生資源的產(chǎn) 品或服務(wù)中和在產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)的材料命運(yùn)中它們可為環(huán)境友善的。所W對(duì)建立運(yùn)些聚合 物的商業(yè)應(yīng)用已有相當(dāng)大的興趣，特別地對(duì)于廣泛的應(yīng)用范圍而言，在所述應(yīng)用中生物降 解對(duì)于在使用中的產(chǎn)品是必須的或在產(chǎn)品壽命結(jié)束的處理中是重要的。
[0004] 目前，PHA的生產(chǎn)依賴于由細(xì)菌或植物的野生型或基因工程純培養(yǎng)物進(jìn)行的發(fā)酵。 由微生物制造PHA聚合物的當(dāng)前方法典型地包括生物質(zhì)生產(chǎn)階段和積累階段(其中PHA由 生物質(zhì)儲(chǔ)存至顯著的水平)。運(yùn)類生產(chǎn)方法通常具有高的生產(chǎn)成本，因此限制了PHA基塑料 化合物轉(zhuǎn)為工程應(yīng)用的普遍商業(yè)化。為了降低聚合物生產(chǎn)成本也已將當(dāng)前的研究和實(shí)踐發(fā) 展聚焦在開(kāi)放混合培養(yǎng)物的使用上?？墒褂帽还￤廢棄殘留物的微生物生物質(zhì)的混合培養(yǎng) 物生產(chǎn)運(yùn)些聚合物。運(yùn)意味著富含PHA的生物質(zhì)可被生產(chǎn)為在工業(yè)和城市污水質(zhì)量管理活 動(dòng)中的服務(wù)結(jié)果。
[0005] 可通過(guò)在生物水處理過(guò)程中的有選擇性的環(huán)境壓力富集微生物生物質(zhì)的混合培 養(yǎng)物W含有更高比例的可積累PHA的物種種群。在使生物質(zhì)經(jīng)歷完之前的饑餓期后，當(dāng)運(yùn) 類生物質(zhì)被刺激進(jìn)入呼吸并提供易生物降解的有機(jī)物質(zhì)時(shí)，PHA得W積累。饑餓期間沒(méi)有 提供任何運(yùn)類易生物可降解的有機(jī)底物。
[0006] 揮發(fā)性的脂肪酸代表一類常用的底物類型W在混合培養(yǎng)生物質(zhì)中生產(chǎn)PHA。當(dāng)W 控制的方式用揮發(fā)性的脂肪酸給料生物質(zhì)的混合培養(yǎng)物時(shí)，它們將典型地積累聚3-徑基 下酸醋（P皿），聚3-徑基戊酸醋（PHV)和/或[聚（3-徑基下酸醋共3-徑基戊酸醋）]的 共聚物（P皿V)。P皿、PHV和P皿V為特定類型的PHAs，其中在PHA中的特定類型和單體分 布依賴于向所述生物質(zhì)提供的底物類型和所述PHA積累的方法。在生物質(zhì)中的特定類型的 PHA可影響條件和要求，例如對(duì)于從所述生物質(zhì)中的聚合物回收所需的溫度和動(dòng)力學(xué)。
[0007] 通過(guò)溶劑萃取可實(shí)現(xiàn)從生物質(zhì)中回收PHA。從生物質(zhì)中萃取PHA可或可W不需要 細(xì)胞裂解/預(yù)處理過(guò)程，但將典型地需要使用有機(jī)溶劑作為選擇性溶解聚醋并將聚醋與非 溶解的非PHA細(xì)胞殘留物分離的手段。
[0008] -旦將溶解的聚合物從生物質(zhì)殘留物中分離出來(lái)，溶解的聚合物在富含PHA的溶 劑中的溶解度隨溫度的變化、蒸饋和/或更極性的共溶劑的加入而下降。因此聚合物殘?jiān)?可最終與萃取溶劑分離并且還可進(jìn)一步用溶劑洗涂所述聚合物W生產(chǎn)甚至更純的聚合物 樹(shù)脂。
[0009] 雖然可在常規(guī)烙融加工設(shè)備中加工PHAs，例如擠出和膜吹，但已經(jīng)遇到挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn) 可存在于物質(zhì)烙融加工中和/或一旦所述物質(zhì)已形成商品挑戰(zhàn)可存在于物質(zhì)性質(zhì)中。例如 含高水平的3-徑基下酸醋單體的PHA由于脆性可限制產(chǎn)品應(yīng)用范圍。在某些情況中，PHA 基塑料的運(yùn)類產(chǎn)品可能沒(méi)有表現(xiàn)出預(yù)期應(yīng)用的可接受程度的初性。因此，存在影響例如初 性的需要，還存在影響PHA基塑料的其它機(jī)械性質(zhì)的需要。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明設(shè)及增強(qiáng)塑料的機(jī)械性質(zhì)的方法，所述塑料是由生物質(zhì)產(chǎn)生的并且從生物 質(zhì)中萃取的PHA化合物形成。所述方法包括提供包含可萃取的PHA和可萃取的非PHA物質(zhì) 的生物質(zhì)。將所述生物質(zhì)放置在至少一種溶液中并且在生物質(zhì)中的運(yùn)種PHA和非PHA物質(zhì) 借助所選溶劑和為萃取的目的所創(chuàng)造的時(shí)間和溫度條件有選擇性地溶解并由此萃取至所 述溶劑溶液中。W運(yùn)樣的方式可將可萃取的PHA和可萃取的非PHA物質(zhì)與剩下的非溶解不 可萃取的殘留物生物質(zhì)分開(kāi)。之后，將所萃取的PHA與共萃取的非PHA物質(zhì)分開(kāi)。一旦所 萃取的PHA與共萃取的非PHA物質(zhì)分開(kāi)后，本發(fā)明的方法需要選擇性地再組合分離出的PHA 和所有或至少部分的分離出的非PHA物質(zhì)W形成具有改善的機(jī)械性質(zhì)的復(fù)合物質(zhì)。相對(duì)于 由相同的分離出的PHA形成的但不包括任何的可萃取的非PHA物質(zhì)的復(fù)合塑料，所述物質(zhì) 的性質(zhì)得W改善。
[0012] 本發(fā)明的其它目的和益處將通過(guò)W下描述和附圖(僅為對(duì)運(yùn)類發(fā)明的示例性的） 的研究而變得明白和顯而易見(jiàn)。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為示意性描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法，其中從生物質(zhì)中萃取PHA和非 PHA。
[0015] 圖2為示意性描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的方法，其中相繼從生物質(zhì)中萃取 PHA和非PHA。
[0016] 發(fā)明的描述 本發(fā)明設(shè)及增強(qiáng)由生物質(zhì)生成的聚徑基鏈燒酸醋（PHA)形成的復(fù)合塑料的機(jī)械性質(zhì)的 方法。本方法提供具有可萃取的PHA和可萃取的非PHA物質(zhì)的生物質(zhì)。將生物質(zhì)加到溶液 中，并且所述可萃取的PHA和所述可萃取的非PHA物質(zhì)從所述生物質(zhì)中溶出并溶入溶液中。 溶解的物質(zhì)與非溶解的生物質(zhì)殘留物分離和然后將溶解的物質(zhì)進(jìn)一步分為PHA組分和非 PHA組分。有選擇性地再組合并加工分離的組分W形成相對(duì)于由所述PHA形成的但沒(méi)有添 加分離的非PHA物質(zhì)的復(fù)合材料具有改善的機(jī)械性質(zhì)的復(fù)合材料。
[0017] 所述生物質(zhì)可來(lái)自數(shù)種來(lái)源中的任何一種，并且提供生物質(zhì)的步驟可包括采用作 為部分的城市或工業(yè)生物廢水處理所生產(chǎn)的過(guò)剩活性污泥。運(yùn)類生物質(zhì)可包含天然存在的 細(xì)菌并且可進(jìn)一步富集運(yùn)類天然存在的細(xì)菌，其積累在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的作為細(xì)胞內(nèi)能源和碳 儲(chǔ)備顆粒體的PHA。
[0018] 存在各種促進(jìn)生物質(zhì)內(nèi)PHA積累的方法。一個(gè)實(shí)施例為向含生物質(zhì)的反應(yīng)器中脈 沖供給有機(jī)化合物例如乙酸和丙酸。在運(yùn)類PHA生產(chǎn)設(shè)置中，能夠獲得能夠在生物質(zhì)中積 累超過(guò)30%重量的PHA的生物質(zhì)，對(duì)于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。在很多情況 中，在運(yùn)類生物質(zhì)內(nèi)可積累超過(guò)約50%重量的PHA。
[0019]W不同的比例，生物質(zhì)還由非PHA成分構(gòu)成，其可大體分類為礦物質(zhì)、碳水化合 物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。某些非PHA生物質(zhì)可與PHA-起萃取。運(yùn)些非PHA成分可包括脂質(zhì)和 /或來(lái)源于脂質(zhì)的脂肪酸。在生物質(zhì)中的可萃取和非可萃取的非PHA物質(zhì)在常規(guī)PHA回收 過(guò)程中被視為廢棄殘留物。
[0020] 生物質(zhì)中的PHA含量越低，溶解的可萃取的非PHA物質(zhì)相對(duì)于在萃取溶劑中溶解 的PHA的相對(duì)比例將越大，考慮到向萃取過(guò)程中加入相同質(zhì)量的可萃取PHA。
[0021] 將生物質(zhì)放置在溶液中的步驟可包括例如將生物質(zhì)放置在丙酬、下醇和/或其它 有機(jī)溶劑或它們的混合物的溶液中。運(yùn)類溶液已知在與時(shí)間和溫度相關(guān)的程度上促進(jìn)PHA 物質(zhì)和非PHA物質(zhì)的溶解步驟，從而將可萃取物質(zhì)帶入溶液中同時(shí)剩下作為固體殘留物的 剩余的非可萃取生物質(zhì)。包含可萃取的PHA和可萃取的非PHA的溶解的生物質(zhì)物質(zhì)與非溶 解的剩余生物質(zhì)固體殘留物分離開(kāi)并且運(yùn)種現(xiàn)在分離的溶解物質(zhì)的溶液經(jīng)受分離步驟，其 中所述物質(zhì)從所述溶液中回收。可采用包括包括沉淀和過(guò)濾的那些的各種手段從所述溶劑 中回收所萃取的物質(zhì)