生产具有改善的机械性质的聚羟基链烷酸酯复合塑料的方法
【专利说明】生产具有改善的机械性质的聚超基链烧酸醋复合塑料的 方法
[000。 相关申请 本申请要求来自W下美国临时申请在35U.S.C. § 119(e)下的优先权：2012年12月 18日提交的申请序列号61/738, 667。通过引用将该申请W其全部内容合并在本文中。 发明领域
[0002] 本发明设及从生物质回收聚径基链烧酸醋（PHA)用于生产运些聚合物的塑料化合 物。
[000引发明背景 作为在广泛应用范围内的非生物可降解塑料的替代或补充，生物可降解塑料越来越受 工业的关注。一类的生物可降解聚合物为聚径基链烧酸醋（PHA)。PHA为微生物生产的生 物高分子，作为暂时细胞内颗粒体用于能源和碳源的中间储备。从生物质回收并纯化的PHA 显示出多样化的物理化学性质，其可使得它们适合用作热塑性塑料和弹性体内的成分。由 运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在作为可再生资源的产 品或服务中和在产品寿命结束时的材料命运中它们可为环境友善的。所W对建立运些聚合 物的商业应用已有相当大的兴趣，特别地对于广泛的应用范围而言，在所述应用中生物降 解对于在使用中的产品是必须的或在产品寿命结束的处理中是重要的。
[0004] 目前，PHA的生产依赖于由细菌或植物的野生型或基因工程纯培养物进行的发酵。 由微生物制造PHA聚合物的当前方法典型地包括生物质生产阶段和积累阶段(其中PHA由 生物质储存至显著的水平)。运类生产方法通常具有高的生产成本，因此限制了PHA基塑料 化合物转为工程应用的普遍商业化。为了降低聚合物生产成本也已将当前的研究和实践发 展聚焦在开放混合培养物的使用上。可使用被供W废弃残留物的微生物生物质的混合培养 物生产运些聚合物。运意味着富含PHA的生物质可被生产为在工业和城市污水质量管理活 动中的服务结果。
[0005] 可通过在生物水处理过程中的有选择性的环境压力富集微生物生物质的混合培 养物W含有更高比例的可积累PHA的物种种群。在使生物质经历完之前的饥饿期后，当运 类生物质被刺激进入呼吸并提供易生物降解的有机物质时，PHA得W积累。饥饿期间没有 提供任何运类易生物可降解的有机底物。
[0006] 挥发性的脂肪酸代表一类常用的底物类型W在混合培养生物质中生产PHA。当W 控制的方式用挥发性的脂肪酸给料生物质的混合培养物时，它们将典型地积累聚3-径基 下酸醋（P皿），聚3-径基戊酸醋（PHV)和/或[聚（3-径基下酸醋共3-径基戊酸醋）]的 共聚物（P皿V)。P皿、PHV和P皿V为特定类型的PHAs，其中在PHA中的特定类型和单体分 布依赖于向所述生物质提供的底物类型和所述PHA积累的方法。在生物质中的特定类型的 PHA可影响条件和要求，例如对于从所述生物质中的聚合物回收所需的溫度和动力学。
[0007] 通过溶剂萃取可实现从生物质中回收PHA。从生物质中萃取PHA可或可W不需要 细胞裂解/预处理过程，但将典型地需要使用有机溶剂作为选择性溶解聚醋并将聚醋与非 溶解的非PHA细胞残留物分离的手段。
[0008] -旦将溶解的聚合物从生物质残留物中分离出来，溶解的聚合物在富含PHA的溶 剂中的溶解度随溫度的变化、蒸馈和/或更极性的共溶剂的加入而下降。因此聚合物残渣 可最终与萃取溶剂分离并且还可进一步用溶剂洗涂所述聚合物W生产甚至更纯的聚合物 树脂。
[0009] 虽然可在常规烙融加工设备中加工PHAs，例如挤出和膜吹，但已经遇到挑战。挑战 可存在于物质烙融加工中和/或一旦所述物质已形成商品挑战可存在于物质性质中。例如 含高水平的3-径基下酸醋单体的PHA由于脆性可限制产品应用范围。在某些情况中，PHA 基塑料的运类产品可能没有表现出预期应用的可接受程度的初性。因此，存在影响例如初 性的需要，还存在影响PHA基塑料的其它机械性质的需要。
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【发明内容】
[0011] 本发明设及增强塑料的机械性质的方法，所述塑料是由生物质产生的并且从生物 质中萃取的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物质 的生物质。将所述生物质放置在至少一种溶液中并且在生物质中的运种PHA和非PHA物质 借助所选溶剂和为萃取的目的所创造的时间和溫度条件有选择性地溶解并由此萃取至所 述溶剂溶液中。W运样的方式可将可萃取的PHA和可萃取的非PHA物质与剩下的非溶解不 可萃取的残留物生物质分开。之后，将所萃取的PHA与共萃取的非PHA物质分开。一旦所 萃取的PHA与共萃取的非PHA物质分开后，本发明的方法需要选择性地再组合分离出的PHA 和所有或至少部分的分离出的非PHA物质W形成具有改善的机械性质的复合物质。相对于 由相同的分离出的PHA形成的但不包括任何的可萃取的非PHA物质的复合塑料，所述物质 的性质得W改善。
[0012] 本发明的其它目的和益处将通过W下描述和附图(仅为对运类发明的示例性的） 的研究而变得明白和显而易见。
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【附图说明】
[0014] 图1为示意性描述本发明的一个实施方案的方法，其中从生物质中萃取PHA和非 PHA。
[0015] 图2为示意性描述本发明的另一个实施方案的方法，其中相继从生物质中萃取 PHA和非PHA。
[0016] 发明的描述 本发明设及增强由生物质生成的聚径基链烧酸醋（PHA)形成的复合塑料的机械性质的 方法。本方法提供具有可萃取的PHA和可萃取的非PHA物质的生物质。将生物质加到溶液 中，并且所述可萃取的PHA和所述可萃取的非PHA物质从所述生物质中溶出并溶入溶液中。 溶解的物质与非溶解的生物质残留物分离和然后将溶解的物质进一步分为PHA组分和非 PHA组分。有选择性地再组合并加工分离的组分W形成相对于由所述PHA形成的但没有添 加分离的非PHA物质的复合材料具有改善的机械性质的复合材料。
[0017] 所述生物质可来自数种来源中的任何一种，并且提供生物质的步骤可包括采用作 为部分的城市或工业生物废水处理所生产的过剩活性污泥。运类生物质可包含天然存在的 细菌并且可进一步富集运类天然存在的细菌，其积累在细菌细胞内的作为细胞内能源和碳 储备颗粒体的PHA。
[0018] 存在各种促进生物质内PHA积累的方法。一个实施例为向含生物质的反应器中脉 冲供给有机化合物例如乙酸和丙酸。在运类PHA生产设置中，能够获得能够在生物质中积 累超过30%重量的PHA的生物质，对于本领域的那些技术人员来说是已知的。在很多情况 中，在运类生物质内可积累超过约50%重量的PHA。
[0019]W不同的比例，生物质还由非PHA成分构成，其可大体分类为矿物质、碳水化合 物、脂质和蛋白质。某些非PHA生物质可与PHA-起萃取。运些非PHA成分可包括脂质和 /或来源于脂质的脂肪酸。在生物质中的可萃取和非可萃取的非PHA物质在常规PHA回收 过程中被视为废弃残留物。
[0020] 生物质中的PHA含量越低，溶解的可萃取的非PHA物质相对于在萃取溶剂中溶解 的PHA的相对比例将越大，考虑到向萃取过程中加入相同质量的可萃取PHA。
[0021] 将生物质放置在溶液中的步骤可包括例如将生物质放置在丙酬、下醇和/或其它 有机溶剂或它们的混合物的溶液中。运类溶液已知在与时间和溫度相关的程度上促进PHA 物质和非PHA物质的溶解步骤，从而将可萃取物质带入溶液中同时剩下作为固体残留物的 剩余的非可萃取生物质。包含可萃取的PHA和可萃取的非PHA的溶解的生物质物质与非溶 解的剩余生物质固体残留物分离开并且运种现在分离的溶解物质的溶液经受分离步骤，其 中所述物质从所述溶液中回收。可采用包括包括沉淀和过滤的那些的各种手段从所述溶剂 中回收所萃取的物质