含環(huán)境激素來(lái)源的石油聚碳酸酯的潛在替代品

韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所(KRICT)開(kāi)發(fā)了一種生物聚碳酸酯，該生物聚碳酸酯已被日本壟斷，并開(kāi)辟了生物聚碳酸酯商業(yè)化的可能性。

生物聚碳酸酯是一種生態(tài)友好的生物塑料，可以替代傳統(tǒng)的聚碳酸酯，后者包含引起環(huán)境激素的物質(zhì)雙酚A(BPA)。迄今為止，日本三菱化學(xué)公司是唯一成功實(shí)現(xiàn)生物聚碳酸酯生產(chǎn)商業(yè)化的公司。

KRICT生物基化學(xué)研究中心的Jeyoung Park博士，Oh Dongyeop博士和Sung Yeon Hwang博士利用異山梨醇和納米纖維素的植物成分開(kāi)發(fā)了生物聚碳酸酯。

BPA是一種石油化學(xué)物質(zhì)和一種環(huán)境激素，會(huì)引起內(nèi)分泌干擾和代謝并發(fā)癥。它主要用于聚碳酸酯，韓國(guó)禁止在奶瓶和化妝品中使用此物質(zhì)。它也用于收據(jù)紙和罐頭食品的涂料。

因此，生物聚碳酸酯作為含雙酚A的聚碳酸酯的替代品已受到關(guān)注。然而，難以同時(shí)滿足一般植物成分塑料的經(jīng)濟(jì)可行性和高機(jī)械性能。KRICT通過(guò)異山梨醇和納米纖維素的組合克服了這個(gè)問(wèn)題，并成功生產(chǎn)了超越石油基聚碳酸酯的生物聚碳酸酯。

異山梨醇是一種源自葡萄糖的環(huán)?；衔铮粌H改善了所摻入聚合物的機(jī)械性能，而且由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)而具有良好的光學(xué)和耐紫外線性能。

研究小組應(yīng)用了“類(lèi)似溶解”的原理，其中相似的化合物可以更好地混合在一起。異山梨醇與納米纖維素很好地混合在一起，作為生物來(lái)源的增強(qiáng)劑，因?yàn)檫@兩種物質(zhì)都是親水性的并且具有相似的結(jié)構(gòu)。然后，進(jìn)行納米復(fù)合塑料的聚合過(guò)程。分散良好的納米纖維素在混凝土中的作用類(lèi)似于金屬鋼筋，從而使生物塑料的強(qiáng)度最大化。

KRICT的Jeyoung Park博士說(shuō)：“我們想打破生物塑料具有較差的機(jī)械性能且價(jià)格昂貴的刻板印象。” Park博士繼續(xù)說(shuō)道：“通過(guò)植物成分之間的協(xié)同作用，我們能夠開(kāi)發(fā)出優(yōu)于石油塑料的生物塑料。” 結(jié)果，它顯著改善了生物塑料的物理性能，例如強(qiáng)度和透明度，這已被指出是一般生物塑料的局限性。

所開(kāi)發(fā)的生物聚碳酸酯表現(xiàn)出93 MPa的拉伸強(qiáng)度(材料的強(qiáng)度)。在現(xiàn)有的石油和生物聚碳酸酯中，這是迄今為止最高的衡量標(biāo)準(zhǔn)。石油聚碳酸酯的抗張強(qiáng)度范圍為55-75 MPa，而日本三菱化學(xué)公司的生物聚碳酸酯的抗張強(qiáng)度為64-79 MPa。

代表塑料透明度的透光率經(jīng)測(cè)量為93%。這是由于通過(guò)分散的納米纖維素的結(jié)晶性受到抑制，其結(jié)果非常優(yōu)于市售的石油聚碳酸酯。這是杰出的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)納米復(fù)合材料的透明度降低，因?yàn)椴痪鶆虻木奂w會(huì)散射光。另外，與石油聚碳酸酯不同，由于在生物聚碳酸酯中沒(méi)有苯環(huán)，即使在長(zhǎng)時(shí)間暴露于紫外線下也沒(méi)有變色的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，生物聚碳酸酯可以用作工業(yè)材料，用于包括汽車(chē)天窗，前燈，透明的公路隔音屏障以及智能手機(jī)等電子設(shè)備的外部應(yīng)用。因此，該材料有望成為現(xiàn)有聚碳酸酯的可行替代品。

同樣，使用大鼠模型通過(guò)動(dòng)物體內(nèi)炎癥測(cè)試驗(yàn)證了該材料的低毒性，從而支持了該材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的潛力。將聚合物注射到皮下組織中以測(cè)試炎癥的存在，并測(cè)量毒性水平為1至0，范圍為5至5(值接近0時(shí)毒性最低)。

KRICT的Dongyeop Oh博士說(shuō)：“通過(guò)使用大鼠進(jìn)行的體內(nèi)炎癥測(cè)試獲得了低毒性結(jié)果。該毒性水平對(duì)于嬰幼兒而言是安全的，這意味著該材料可用于醫(yī)療。用于植入物和人造骨頭，玩具，奶瓶和嬰兒推車(chē)等物品。”

根據(jù)目前的產(chǎn)量，石油聚碳酸酯的市場(chǎng)規(guī)模約為每年500萬(wàn)噸，三菱化學(xué)公司的生物聚碳酸酯年生產(chǎn)能力約為20,000噸。盡管生物聚碳酸酯市場(chǎng)仍處于起步階段，但由于這一成就，向商業(yè)化的過(guò)渡預(yù)計(jì)將在未來(lái)主導(dǎo)生物塑料市場(chǎng)。

這項(xiàng)名為“用高度分散的纖維素納米晶體協(xié)同增強(qiáng)增強(qiáng)的透明生物聚碳酸酯納米復(fù)合材料的制備”的研究成果發(fā)表在皇家化學(xué)學(xué)會(huì)綠色化學(xué)十月刊的封面上，這是綠色化學(xué)領(lǐng)域的最高權(quán)威?；瘜W(xué)，并同時(shí)被選為2019年熱門(mén)文章。

KRICT生物化學(xué)研究中心主任黃成妍博士解釋說(shuō)：“由于塑料廢物和化學(xué)恐懼癥等問(wèn)題，人們對(duì)塑料的恐懼與日俱增，但是塑料已經(jīng)成為日常生活中必不可少的一部分，因此我們將開(kāi)發(fā)人們可以使用的生物塑料。可以毫無(wú)恐懼地使用。”