含環(huán)境激素來源的石油聚碳酸酯的潛在替代品

韓國化學技術研究所(KRICT)開發(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，日本三菱化學公司是唯一成功實現(xiàn)生物聚碳酸酯生產(chǎn)商業(yè)化的公司。

KRICT生物基化學研究中心的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發(fā)了生物聚碳酸酯。

BPA是一種石油化學物質(zhì)和一種環(huán)境激素，會引起內(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注。然而，難以同時滿足一般植物成分塑料的經(jīng)濟可行性和高機械性能。KRICT通過異山梨醇和納米纖維素的組合克服了這個問題，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?，不僅改善了所摻入聚合物的機械性能，而且由于其獨特的分子結構而具有良好的光學和耐紫外線性能。

研究小組應用了“類似溶解”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，作為生物來源的增強劑，因為這兩種物質(zhì)都是親水性的并且具有相似的結構。然后，進行納米復合塑料的聚合過程。分散良好的納米纖維素在混凝土中的作用類似于金屬鋼筋，從而使生物塑料的強度最大化。

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

所開發(fā)的生物聚碳酸酯表現(xiàn)出93 MPa的拉伸強度(材料的強度)。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準。石油聚碳酸酯的抗張強度范圍為55-75 MPa，而日本三菱化學公司的生物聚碳酸酯的抗張強度為64-79 MPa。

代表塑料透明度的透光率經(jīng)測量為93%。這是由于通過分散的納米纖維素的結晶性受到抑制，其結果非常優(yōu)于市售的石油聚碳酸酯。這是杰出的，因為大多數(shù)納米復合材料的透明度降低，因為不均勻的聚集體會散射光。另外，與石油聚碳酸酯不同，由于在生物聚碳酸酯中沒有苯環(huán)，即使在長時間暴露于紫外線下也沒有變色的風險。

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

同樣，使用大鼠模型通過動物體內(nèi)炎癥測試驗證了該材料的低毒性，從而支持了該材料在生物醫(yī)學應用中的潛力。將聚合物注射到皮下組織中以測試炎癥的存在，并測量毒性水平為1至0，范圍為5至5(值接近0時毒性最低)。

KRICT的Dongyeop Oh博士說：“通過使用大鼠進行的體內(nèi)炎癥測試獲得了低毒性結果。該毒性水平對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，奶瓶和嬰兒推車等物品。”

根據(jù)目前的產(chǎn)量，石油聚碳酸酯的市場規(guī)模約為每年500萬噸，三菱化學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仍處于起步階段，但由于這一成就，向商業(yè)化的過渡預計將在未來主導生物塑料市場。

這項名為“用高度分散的纖維素納米晶體協(xié)同增強增強的透明生物聚碳酸酯納米復合材料的制備”的研究成果發(fā)表在皇家化學學會綠色化學十月刊的封面上，這是綠色化學領域的最高權威。化學，并同時被選為2019年熱門文章。

KRICT生物化學研究中心主任黃成妍博士解釋說：“由于塑料廢物和化學恐懼癥等問題，人們對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，因此我們將開發(fā)人們可以使用的生物塑料?？梢院翢o恐懼地使用。”