[发明专利]生物基聚合物添加剂、制备生物基聚合物添加剂的方法和包含所述生物基聚合物添加剂的可生物降解聚合物组合物

说明书

本发明公开了生物基聚合物添加剂、其制备方法和用于制造可生物降解塑料的包含所述生物基聚合物添加剂的可生物降解聚合物组合物。所述添加剂从破碎微生物细胞如微藻类、酵母或其它微生物的生物质制备。具体而言，所述生物基聚合物添加剂用于改善聚合物的流变学特性和/或生物降解能力。具体而言，所述添加剂可用作为色素。

发明的技术领域

本发明涉及生物基聚合物添加剂、制备生物基聚合物添加剂的方法 和包含所述生物基聚合物添加剂的可生物降解聚合物组合物。根据一个 特定方面，所述生物基聚合物添加剂是用作色素。

发明背景

快速增长的生物技术产业正在生成一种新类别的污染问题，其来 自源于微生物生物质的固体残余物。所述微生物已被用作为单细胞工 厂，如啤酒酵母经由发酵过程产生乙醇，乙醇被用作汽车工业的替代能 源，其中在纯化乙醇之后，酵母剩余下来成为副产物或者废物。

类似地，常规用于食品生产和食品添加剂工业的微藻类近年来已 成为生物燃料工业的关注点，因为有几个种类能够产生油和脂质。微藻 类是生产燃料的优秀候选对象，因为与其它能源作物相比，它们具有高 光合作用效率、生物质产生和更快速生长的联合优势。将微藻类生长在 大规模光生物反应器中，用于以工业规模生产生物燃料，结果巨大量的 微藻类生物质在油提取过程后剩余下来。生产过程完成后，废弃的微生 物残留为大量的固体废物，导致上述的新类别的污染问题。为了解决这 一污染问题，需要寻找更好的方式来处置这些微生物废物或向其添加经 济价值。

处置生物技术产业造成的微生物固体废物的常见实践之一是将成 吨的这类废物进行填埋处置。还已提出其它几种解决方案。例如，Shiho 等人(2011)提出微藻类葡萄藻属(Botryococcus)生物质的废物可用作 为生热剂，其中实验观察到固体组分的燃烧热，且发现其在3％水分含量 下为31-34MJ/kg。然而，在得到该极低水分含量之前的干燥过程可能是昂贵且效率低的。在另一实例中，来自生物乙醇工业的酵母固体废物 已被用作为饲料添加剂。但是，由于对酵母固体废物质控的难度，其消 耗非常有限。因此，所提出的应用不能成为消除大量酵母生物质的可持 续解决方案。

对该问题提出的另一解决方案是将生物质掺入塑料中。美国专利 No.5346929公开了制备树脂的方法，该树脂由合成可生物降解聚合物和 来自真菌曲霉属(Aspergillus)的淀粉的混合物制成，但所述树脂生产 的方法/过程包括其优势并不清楚。美国专利No.8026301教导了聚合物 组合物，其包含石油基树脂如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯与 纤维素、基于化学制品的氮源、来自蓝绿藻或酵母的天然营养物质的复 合物，以增加其生物降解能力。

然而将生物质与塑料掺合需要进一步补充添加剂，如相容剂，以 维持聚合物特性及其相容性，否则加入塑料中的生物质的量将会非常有 限。而且，没有一种已知方法教导或提示值得实施的技术来改善生物质 的应用，不仅要改善可生物降解聚合物的生物降解能力，而且还要增强 可生物降解聚合物组合物的特性诸如粘性或相容性，这在可生物降解塑 料的生产中非常关键。

可生物降解塑料据称是环保的。它们可从植物及其衍生物或其它 几种可再生资源产生。可生物降解塑料是当其在天然或人工条件中受到 微生物攻击时能够降解的塑料，由此被降解的可生物降解塑料的摩尔质 量减少并因此可被转运到微生物中并供料给适宜的代谢途径。结果这些 代谢过程的终产物包括水和二氧化碳(CO2)以及新产生的生物质。可生 物降解塑料的一个好的例子是聚交酯或聚乳酸(PLA)。PLA可通过细菌发 酵乳酸的聚合而产生，且据称其无需使用非可再生资源并能解决环境问 题。因此，PLA已迅速成为关注焦点，作为现有从石油途径制造的塑料 或纤维的替代材料。可生物降解塑料的另一个例子是聚丁二酸丁二醇酯 (PBS)。