Кіріспе
Полиэстерлер отбасы
Полигидроксиалканоаттар немесе ПХА – табиғатта көптеген микроорганизмдер, соның ішінде қанттар мен липидтердің бактериялық ферментациясы арқылы шығарылатын полиэстерлер. Бактериялармен өндірілгенде олар энергия көзі және көміртегі жинағы ретінде қызмет етеді. Осы отбасыда 150-ден астам түрлі мономерлер біріктіріліп, өте әртүрлі қасиеттері бар материалдар алуға болады. Бұл пластиктер биоразделмелі және биопластиктер өндірісінде қолданылады. Олар термопластикалық немесе эластомерлік материалдар болып келеді, олардың балқу температурасы 40-180 °C аралығында өзгереді. ПХА-ның механикалық қасиеттері мен биоүйлесімділігін қоспалар арқылы өзгертуге, бетін модификациялауға немесе ПХА-ны басқа полимерлермен, ферменттермен және бейорганикалық материалдармен үйлестіруге болады, бұл оларды кең ауқымда қолдануға мүмкіндік береді.
Өнеркәсіптік өндіріс
ПХА-ны өнеркәсіптік өндірісте бактериялардан қант, глюкоза немесе өсімдік майының микробтық ашыту жағдайларын оңтайландыру арқылы полиэстерді бөліп алып, тазартады. 1980 жылдары Imperial Chemical Industries компаниясы ферментация арқылы алынған поли(3-гидроксибутират ко 3-гидроксивалерат) полимерін, оны "Биопол" деп атады. Ол "Биопол" деген атпен сатылып, АҚШ-та Monsanto және кейіннен Metabolix компаниялары таратып жүрді. Ферментация үшін шикізат ретінде глюкоза және сахароза сияқты көмірсулар, сондай-ақ өсімдік майы немесе биодизель өндірісінен алынған глицерин қолданылуы мүмкін. Өнеркәсіптегі зерттеушілер бактериялардан ПХА синтездеу жолдарын экспресс ететін және тіндерінде энергияны сақтау үшін ПХА өндіретін трансгендік дақылдарды әзірлеу әдістерімен жұмыс істеп жатыр. Veolia еншілес компаниясы Anoxkaldnes, Micromidas, Mango Materials, Full Cycle Bioplastics, Newlight және Paques Biomaterials сияқты бірнеше компаниялар қалдық судан ПХА өндіру әдістерін әзірлеуде. ПХА көбінесе инъекциялық қалыптау, экструзия және экструзиялық көпіршіктер арқылы пленкалар мен қуыс денелерге өңделеді.
Материалдық қасиеттері
PHA полимерлері термопластикалық, оларды стандартты өңдеу жабдықтарында өңдеуге болады және олардың құрамына байланысты, серпімді және оның ішінде белгілі бір деңгейде икемді болады. Олардың қасиеттері химиялық құрамына (гомо немесе кополиэстер, құрамындағы гидроксит май қышқылдары) қарай өзгереді. Полилактив қышқылы сияқты полимерлерден жасалған басқа биопластиктерден айырмашылығы, олар ультракүлгін сәулелерге тұрақты, 180 °C дейін температураға төтеп береді және судың өтуі төмен. Кристаллизация дәрежесі бірнеше пайыздық үлестен 70%-ға дейін болуы мүмкін. Материалдағы валераттың үлесі артық болған сайын өңделуі, соққыға төзімділігі мен икемділігі жақсарады. PHA хлороформ, дихлорметан немесе дихлорэтан сияқты галогенделген еріткіштерде ериді. PHB өз материалдық қасиеттері бойынша полипропиленге (PP) ұқсас, ылғалға жақсы төзімді және иіс өткізбейтін қасиеттері бар. Таза PHB-дан синтезделген полигидроксимай қышқылы салыстырмалы түрде хрупқақ және қатты болады. Бета-гидроксивалерик қышқылы сияқты басқа май қышқылдарын қамтитын PHB сополимерлері серпімді болуы мүмкін.
Қолданбалар
Биологиялық ыдырау қабілетіне және жаңа қасиеттері бар биопластиктер жасау мүмкіндігіне байланысты, PHA негізіндегі материалдарды дамытуға зор қызығушылық бар. PHA жасыл экономикаға мұнай емес шикізат көздерінен пластик өндіру құралы ретінде сәйкес келеді. Сонымен қатар, Pseudomonas putida бактериясын қолдана отырып, пластик қалдықтарын (мысалы, полиэтилен терефталат және полиуретан) PHA-ға биоөзгерту арқылы "қайта өңдеу" бойынша белсенді зерттеулер жүргізілуде. PHBV (поли(3-гидроксибутират ко 3-гидроксивалерат)) деп аталатын PHA сополимері аз қатаң және берік, оны қаптама материалы ретінде қолдануға болады. 2005 жылдың маусым айында АҚШ-тың Metabolix, Inc. компаниясы PHA-ны өндірудің тиімді әдісін жасап, коммерцияландырғаны үшін АҚШ Президентінің "Жасыл химия" сыйлығын (шағын бизнес санаты) алды. Микроорганизмдер өндіретін PHA медициналық және фармацевтикалық салаларда, негізінен олардың биологиялық ыдырау қабілетіне байланысты қолдануға болады. Фиксациялық және ортопедиялық қолданыстарға тігістер, тігіс бекіткіштері, мениск жарақаттарын емдеуге арналған құрылғылар, қапсырмалар, шұңғырлар, бұрандалар (ішінде кедергілік бұрандалар), сүйек пластиналары және сүйек пластиналары жүйелері, хирургиялық тор, жарақатты жабатын пластырь, ішек, жүрек-қан тамырларына арналған жамылғылар, ортопедиялық шұңғырлар (сүйек толтыру материалдары қоса), жабысудан сақтаушылар, стентер, тінді жаңарту/қалпына келтіру құрылғылары, буын хрящі жарақаттарын емдеуге арналған құрылғылар, нерв жетекшілері, шеміршектерді жаңарту құрылғылары, жүрек қуысының кемтігін емдеуге арналған құрылғылар, жүрек қапшығына арналған жамылғылар, көлемдік және толтырушы заттар, тамыр клапандары, сүйек миының мұқтажаты, мениск жаңарту құрылғылары, шеміршек және сіңірлерді трансплантациялау, көз жасушаларын имплантациялау, омыртқа біріктіру клеткалары, тері алмастырғыштары, қатты қабықша алмастырғыштары, сүйек трансплантациясын алмастырғыштары, сүйек тіректері, жараға таңу және гемостаттар кіреді.