聚乳酸材料在不同土壤环境中降解性能研究及菌群结构分析
发布时间：2020-07-24 19:02
【摘要】：由于石油资源的日益稀缺和全球“白色污染”的不断恶化,对可生物降解材料的研究已成为世界各国研究者关注的重要课题。聚乳酸(Polylacticacid,PLA)是目前应用最为广泛的一种生物降解材料,可通过玉米、木薯、马铃薯和甘蔗等可再生资源发酵生产,在微生物环境中可完全降解为CO2和H2O。但其在自然环境中降解速率比较缓慢,如何提高它的降解速率就成为了当前研究的热点之一。本研究在沼泽地、芒果林地、稻田3种土壤中对PLA材料进行自然降解实验,并对实验后的材料进行扫描电镜、断裂拉伸强度和CO2释放量实验来评价3种土壤对PLA材料的降解能力,并运用高通量测序技术,对3种土壤细菌群落进行基因组测序分析,检测3个样本细菌群落的差异性。同时以PLA为唯一碳源,传代驯化沼泽地土壤中的微生物,并对驯化过程中的种群多样性进行分析。本文的主要研究结果如下:1、PLA材料可以在土壤条件下自然降解;且在沼泽地土壤中降解效果最好,芒果林地土壤次之,在稻田土壤中降解效果最差;PLA材料在沼泽地土壤和芒果林地土壤中的降解效果接近,并远胜于稻田土壤。2、对红外光谱分析显示,PLA材料在自然环境中的降解过程为需氧降解过程。3、土壤菌群多样性和丰富度越高,对PLA材料的降解作用越好。4、沼泽地、芒果林地、稻田3种土壤测序所得OTU数量分别为11110、11236、8848,共涉及细菌域的9个主要门和16个主要科。变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是降解聚乳酸材料的优势菌群。在科水平上,黄杆菌科(Flavobacteriaceae)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)和噬纤维菌科(Cytophagaceae)的微生物对PLA材料的降解最有潜力。5、I代、III代、VI代驯化菌液测序所得OTU数量分别为1619、1014、945,共涉及细菌域的7个主要门和6个主要科。能够降解聚乳酸材料的微生物主要存在于变形菌门和拟杆菌门中。这一结论与土壤测序结论一致,进一步验证了变形菌门和拟杆菌门是降解PLA材料的优势菌群。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3;TQ317
【图文】：
酸也被叫作聚丙交酯，是聚酯家族中一员，以合成单体乳酸为主要原料个乳酸分子中含有一个-OH 和一个-COOH 两个官能团，当多个乳酸分子 与-COOH 脱水缩合，形成聚合物。聚乳酸的分子式为(C3H4O2)n ，其密 g/cm3，玻璃化转变温度为 60-65 °C，熔点为 150-180 °C，特性粘度（IVL/g，传热系数为 0.025 λ(w/m*k)。易溶于氯仿，不溶于水和乙醇[17]。聚用最为广泛的一种可生物降解材料，可通过玉米、木薯、马铃薯和甘蔗发酵生产，在微生物环境中可以被完全水解为 CO2和 H2O[18]。酸的分子结构式如图 1 1 所示，由于乳酸单体含有一个手性碳，便产 L LA 这两种旋光异构型（图 1 2），相应地，聚乳酸可以分为 lactide)、PDLA (Poly D lactide)、ME PLA（内消旋混合物）和 DL PL物）这四种[19]。
图 1-2 乳酸单体的结构式Fig. 1-2Constitutional formula of lactic acid聚合物分子量及聚合物某一旋光性单体的含量影响聚乳酸物理性质、材料力学性、光学性质。如当分子量较小时，熔点会随分子量的升高而显著提高，结晶度则相会随分子量的升高而减小。PLA 中 D LA 或 L LA 所占的比例会影响 PLA 的各种能，比如材料是无定形还是半结晶的、熔点的高低和立体结构的规整性，均会直接响制品的性能参数（如冲击强度、开裂性能、透明性等），而这几点性质都对聚合物应用至关重要[20-22]。D PLA 和 L PLA 在 PLA 链中随机排列形成了无定形的 PLA，这种 PLA 的结晶能力存在很大不足因而无法形成规整的空间立体结构，最只能得到非结晶型的透明 PLA；具有完全规整的立体结构的 L PLA 和 D PLA为热塑性高分子结晶聚合物，有很强的抗拉强度和延展性，但同时给生产加工带了小的难度。目前市售的聚乳酸商品一般都是 L LA(>95%)与 D LA(<5%)的共聚物。
图 1-3 聚乳酸合成路线Fig. 1-3 Synthetic rOTUe of PLA聚法：缩聚法顾名思义，那就是直接把乳酸单体进行缩合而成聚乳酸，也被叫。在有脱水剂的情况下，乳酸分子中的-OH 和-COOH 两个官能团受热合成低聚物。然后添加催化剂， 使温度继续升高, 相对分子质量较低的行成高相对分子量的聚乳酸。该方法工艺简单，操作方便，但制得的聚量较低(均低于 5000)，同时强度极低且易分解，使用价值比较
本文编号：2769262
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3;TQ317
【图文】：
酸也被叫作聚丙交酯，是聚酯家族中一员，以合成单体乳酸为主要原料个乳酸分子中含有一个-OH 和一个-COOH 两个官能团，当多个乳酸分子 与-COOH 脱水缩合，形成聚合物。聚乳酸的分子式为(C3H4O2)n ，其密 g/cm3，玻璃化转变温度为 60-65 °C，熔点为 150-180 °C，特性粘度（IVL/g，传热系数为 0.025 λ(w/m*k)。易溶于氯仿，不溶于水和乙醇[17]。聚用最为广泛的一种可生物降解材料，可通过玉米、木薯、马铃薯和甘蔗发酵生产，在微生物环境中可以被完全水解为 CO2和 H2O[18]。酸的分子结构式如图 1 1 所示，由于乳酸单体含有一个手性碳，便产 L LA 这两种旋光异构型（图 1 2），相应地，聚乳酸可以分为 lactide)、PDLA (Poly D lactide)、ME PLA（内消旋混合物）和 DL PL物）这四种[19]。
图 1-2 乳酸单体的结构式Fig. 1-2Constitutional formula of lactic acid聚合物分子量及聚合物某一旋光性单体的含量影响聚乳酸物理性质、材料力学性、光学性质。如当分子量较小时，熔点会随分子量的升高而显著提高，结晶度则相会随分子量的升高而减小。PLA 中 D LA 或 L LA 所占的比例会影响 PLA 的各种能，比如材料是无定形还是半结晶的、熔点的高低和立体结构的规整性，均会直接响制品的性能参数（如冲击强度、开裂性能、透明性等），而这几点性质都对聚合物应用至关重要[20-22]。D PLA 和 L PLA 在 PLA 链中随机排列形成了无定形的 PLA，这种 PLA 的结晶能力存在很大不足因而无法形成规整的空间立体结构，最只能得到非结晶型的透明 PLA；具有完全规整的立体结构的 L PLA 和 D PLA为热塑性高分子结晶聚合物，有很强的抗拉强度和延展性，但同时给生产加工带了小的难度。目前市售的聚乳酸商品一般都是 L LA(>95%)与 D LA(<5%)的共聚物。
图 1-3 聚乳酸合成路线Fig. 1-3 Synthetic rOTUe of PLA聚法：缩聚法顾名思义，那就是直接把乳酸单体进行缩合而成聚乳酸，也被叫。在有脱水剂的情况下，乳酸分子中的-OH 和-COOH 两个官能团受热合成低聚物。然后添加催化剂， 使温度继续升高, 相对分子质量较低的行成高相对分子量的聚乳酸。该方法工艺简单，操作方便，但制得的聚量较低(均低于 5000)，同时强度极低且易分解，使用价值比较
【相似文献】
相关期刊论文 前1条
1 叶震海,顾立强;雪旺细胞和聚乳酸材料的体外相容性研究[J];中国创伤骨科杂志;2000年04期
相关会议论文 前2条
1 潘君;王远亮;;成骨细胞在聚乳酸材料上的迁移特性研究[A];第七届全国生物力学学术会议论文集[C];2003年
2 侯光宇;潘可风;;新型聚乳酸材料复合bFGF修复兔下颌骨缺损的实验研究[A];2004年上海市口腔医学学术年会论文汇编[C];2004年
相关重要报纸文章 前1条
1 百川;聚乳酸材料应用研究获新进展[N];中国化工报;2013年
相关硕士学位论文 前6条
1 范森;聚乳酸材料在不同土壤环境中降解性能研究及菌群结构分析[D];华南理工大学;2017年
2 曹雨;基于酒糟阻燃聚乳酸材料的制备及性能研究[D];南京理工大学;2017年
3 连鑫鑫;生物活性多糖及生物酶对医用聚乳酸材料表面修饰的研究[D];武汉理工大学;2012年
4 石晓旭;聚乳酸材料的增韧耐热改性研究[D];东华大学;2014年
5 李亚军;可降解聚乳酸材料的研究[D];中南大学;2004年
6 崔百元;生物降解性聚乳酸材料的改性[D];吉林大学;2006年
本文编号：2769262
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nyxlw/2769262.html
