Polihidroxialcanoatos

Los polihidroxialcanoatos (PHA) o los ácidos grasos polihidroxi (PHF) son biopoliésteres lineales e insolubles en agua de origen natural que están formados por muchas bacterias como reservas de carbono y energía . Estos biopolímeros son biodegradables y se utilizan para fabricar plásticos de base biológica . Se conocen los siguientes microorganismos: Ralstonia eutropha (antes llamada Alcaligenes eutropha, Wautersia eutropha o Cupriavidus necator), Alcaligenes latus, Pseudomonas putida, Aeromonas hydrophila y Escherichia coli. Dentro de la familia, se pueden combinar más de 150 monómeros diferentes para crear materiales con propiedades extremadamente diferentes.

Estos plásticos son biodegradables y se utilizan para fabricar bioplásticos.

Pueden ser materiales termoplásticos o elastoméricos con un punto de fusión en el rango de 40 a 180 ° C. Las propiedades mecánicas y la biocompatibilidad del PHA también se pueden cambiar mezclando, modificando la superficie o combinando PHA con otros polímeros, enzimas y materiales inorgánicos, lo que permite una gama más amplia de aplicaciones.

estructura

La forma más simple y común de PHA es el poli [( R ) -3-hidroxibutirato] ( ácido polihidroxibutírico , PHB o poli (3HB)) sintetizado por fermentación . Este consta de 1.000 a 30.000 unidades de hidroxiácidos grasos . Además del ácido 3-hidroxibutírico , alrededor de 150 otros ácidos grasos hidroxi se conocen como componentes básicos de PHA.

PHA puede ser de cadena corta (PHA de cadena corta, scl-PHA) con 3 a 5 átomos de carbono, PHA de cadena media, mcl-PHA) con 6 a 14 átomos de carbono o PHA de cadena larga, lcl - PHA) con 15 o más átomos de carbono se pueden sintetizar. Dependiendo del microorganismo y las condiciones de cultivo, se producen homo o copoliésteres con una amplia variedad de ácidos hidroxicarboxílicos .

Tipos de PHA

Monómeros de PHA: polihidroxibutirato, copolímeros de PHA de polihidroxivalerato: P (4hb-Co-3hb), P (3hb-Co-3hv) Terpolímeros de PHA: P (3hb-Co-3hv-Co-4hb).

Los PHA se estructuran de acuerdo con la siguiente fórmula estructural:

Rama de alquilo	Apellido	abreviatura
R = H	Poli (3-hidroxipropionato)	(PHP)
R = CH 3	Poli (3-hidroxibutirato)	(PHB, P3HB)
R = CH 2 CH 3	Poli (3-hidroxivalerato)	(PHV)
R = propilo	Poli (3-hidroxihexanoato)	(PHHx)
R = butilo	Poli (3-hidroxiheptanoato)	(PHH)
R = pentilo	Poli (3-hidroxi octanoato)	(PHO)
R = hexilo	Poli (3-hidroxinonanoato)	(PHN)
R = heptilo	Poli (3-hidroxidocanoato)	(DOCTOR)
R = octilo	Poli (3-hidroxi undecanoato)	(PHUD)
R = nonilo	Poli (3-hidroxi dodecanoato)	(Doctorado)
R = undecilo	Poli (3-hidroxitetradecanoato)	(PHTD)
R = dodecilo	Poli (3-hidroxipentadecanoato)	(PHPD)
R = tridecilo	Poli (3-hidroxihexadecanoato)	(PHHxD)

Un "-Co-" se utiliza para indicar el copolímero

	Nombre del copolímero	abreviatura
	poli (3-hidroxipropionato-co-3-hidroxibutirato)	(P3HP-3HB)
	poli (3-hidroxipropionato-co-4-hidroxibutirato)	(P3HP-4HB)
	poli (3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato)	(P (3HB-4HB))
	poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)	(PHBV)
	poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato-co-3-hidroxihexanoato)	(PHBV-HHx)
R = C3-C11	PHA de longitud media de cadena	(mcl-PHA)
R = C12 y más	longitud de cadena larga PHA	(lcl-PHA)

• 

  Estructura del poli ( R ) -3-hidroxibutirato (P3HB)

• 

  Estructura del poli-3-hidroxivalerato (PHV)

• 

  Estructura del poli-4-hidroxibutirato (P4HB)

biosíntesis

Para producir PHA, se coloca un cultivo de un microorganismo como Cupriavidus necator (también llamado Ralstonia eutropha) de la familia Burkholderiaceae en un medio adecuado y se alimenta con los nutrientes adecuados para que se reproduzca rápidamente. Azúcares vegetales o animales simples como glucosa , fructosa , subproducto de almidón de yuca, lactosa , ácidos de cadena corta y alcoholes como ácido láctico , ácido acético , 1,4-butanodiol , γ-butirolactona , ácido 4-hidroxibutanoico y aceites y Las grasas como el aceite de oliva y el aceite de maíz se utilizan como nutrientes , aceite de palma , manteca de cerdo , sebo , aceites usados ​​en cuestión.

Con el fin de hacer que los componentes básicos de glucosa de los sustratos de sacarosa estén disponibles para la producción de PHA microbiano, los sustratos a menudo se hidrolizan de antemano . Una vez que la población ha alcanzado un nivel significativo, se cambia la composición nutricional para obligar al microorganismo a sintetizar PHA. La biosíntesis de PHA por microorganismos generalmente se desencadena durante la fermentación por ciertas condiciones de deficiencia (por ejemplo, deficiencia en los macroelementos fósforo , nitrógeno , deficiencia de oligoelementos o deficiencia de oxígeno ) con un exceso simultáneo de fuentes de carbono.

Los PHA se sintetizan en células bacterianas a través de un proceso metabólico . Los sustratos para los PHA biosintéticos generalmente se limitan a moléculas pequeñas , ya que las bacterias tienen paredes celulares gruesas y rígidas como membranas . Las moléculas poliméricas grandes no se pueden transportar al interior de la célula, y se requiere una transformación extracelular por el microorganismo o por un proceso químico para que se utilicen las moléculas poliméricas.

JoAnne Stubbe y su grupo investigaron y aislaron una primera enzima para la PHA sintasa biosintética y examinaron los polímeros acumulados por la enzima. En Tan et al., Se proporciona una lista de enzimas implicadas en la vía biosintética de PHA. compilado. Las PHA sintasas son las enzimas clave en la biosíntesis de PHA. Usan el tioéster de coenzima A de (r) -hidroxiácidos grasos como sustratos.

El rendimiento de PHA obtenido de las inclusiones de granulado intracelular puede llegar hasta el 80% del peso seco del organismo.

Los biopoliésteres se depositan en las células como materiales de almacenamiento de energía en forma de gránulos altamente refractivos insolubles en agua . La mayoría de los microorganismos sintetizadores de PHA pueden utilizar azúcares simples como sustratos . El metabolismo de los hidrocarburos del triacilglicerol ( grasas y aceites ) es más limitado, pero puede ser llevado a cabo por especies de bacterias Pseudomonas . Diferentes bacterias pueden producir PHA con una composición diferente del mismo sustrato.

Los homopoliésteres se forman con sustratos puros. Si se añaden cosustratos como ácido valérico o glicerina a los sustratos principales , los microorganismos producen copoliésteres con diferentes ácidos hidroxicarboxílicos.

La empresa P4SB investiga la biotransformación de residuos plásticos no biodegradables a base de aceite (p. Ej., Tereftalato de polietileno y poliuretano ) utilizando la bacteria Pseudomonas putida en polihidroxialconato biodegradable (PHA).

Khatami y sus colegas ofrecen una descripción general de la conversión de corrientes de desechos y de desechos plásticos petroquímicos como fuente de carbono en biopolímeros PHA.

A continuación, se muestran algunas cepas seleccionadas de microorganismos que sintetizan una alta concentración de PHA en la masa celular seca de los sustratos:

Grupo fuente de carbono	Fuente de carbono	Cepa de microorganismos	PHA
Ácidos hidroxicarboxílicos de cadena corta	Ácido 3-hidroxibutanoico , ácido 4-hidroxibutanoico	Eutropha N9A, Wautersia eutropha, Cupriavidus necator y Alcaligenes	scl-PHA, P3HB con 1.000 a 30.000 monómeros de ácido hidroxicarboxílico.
Ácidos hidroxicarboxílicos	Ácido 3-hidroxibutanoico , ácido 4-hidroxibutanoico	Aeromonas hydrophila y Thiococcus pfennigii	Copoliéster PHA
Ácidos hidroxicarboxílicos	Alquenos , n - alcanos	Pseudomonas putida GPo1, Pseudomonas oleovorans	scl-mcl-PHA, mcl-PHA
Glicerina	Glicerina	Burkholderia cepacia	P3HB
Glicerina	Glicerina cruda procedente de la producción de biodiésel	Haloferax mediterranei	P3HB3HV
Polisacáridos	glucosa	CECT 4623, KCTC 2649, NCIMB 11599, Novosphingobium nitrogenifigens Y88, Ralstonia eutropha	P3HB
Polisacáridos	Fructosa + glucosa	Azohydromonas lata , Alcaligenes latus, Cupriavidus necator H16 (antes Hydrogenomonas eutropha H16) (antes Alcaligenes eutrophus H16) (antes Ralstonia eutropha H16) (antes Wautersia eutropha H16), Burkholderia cepacia, Pseudomonas multivoonas cerans, Pseudomonas	P3HB
Polisacáridos	Glucosa + ácido valérico	Caldimonas taiwanensis	PHBV (49% B-51% V)
Polisacáridos	Glucosa + ácido láurico	Aeromonas hydrophila, Aeromonas caviae, Rhodospirillium rubrum, Rhodocyclus gelatinosus , Sinorhizobium fredil	Copolímeros P (3HB-co-3HHx), P (3HB-co-3HO), SCL-MCL
Polisacáridos	Glucosa + ácidos grasos de cadena media	Aeromonas hydrophila, Cupriavidus necator, Hydrogenomonas eutropha, (antes Alcaligenes eutrophus), (antes Ralstonia eutropha) y (antes Wautersia eutropha), Caldimonas taiwanensis	P3HB-co-3HHx, P3HB-co-3HV
Polisacáridos	Sacarosa	Azohydromonas lata, (anteriormente Alcaligenes latus),	P3HB
Polisacáridos	Xylans	Cocultivo de Saccharophagus degradans y Bacillus cerues, Burkholderia cepacia, Pseudomonas multivorans y Pseudomonas cepacia, P. cepacia	P3HB
Melaza de azúcar	Melaza de remolacha azucarera	Haloferax mediterranei DSM 1411	PHBV (86-14)
Melaza de azúcar	Melaza de remolacha	Alicaligenes latus, Ralstonia eutropha, Haloferax meduterranel, Azotobacter vinelundi	P3HB, P (3HB-3HV), P (3HB-4HB)
Melaza de azúcar	Melaza de caña de azúcar + fructosa, glucosa, sacarosa, glicerina	Pseudomonas aeruginosa NCIM 2948	P3HB
Melaza de azúcar	Residuos de azúcar de malta	Azohydromonas australica, (anteriormente Alcaligenes latus), Azotobacter vinelandii	P3HB
Almidón de polisacárido	Almidón de patata hidrolizado	Halomonas boliviensis LC1	P3HB
Almidón de polisacárido	Almidón de patata hidrolizado + ácido valérico , almidón de trigo hidrolizado + ácido valérico	Caldimonas taiwanensis	PHBV (80-10)
Almidón de polisacárido	Tapioca hidrolizada (mandioca) + ácido valérico, almidón de maíz + ácido valérico	Caldimonas taiwanensis,	PHBV (87-13)
grasas y aceites	Aceites vegetales	Ralstonia eutropha	P3HB
grasas y aceites	Aceite de oliva , aceite de maíz , aceite de palma , ácido oleico	Cupriavidus necator H16, (anteriormente Hydrogenomonas eutropha H16) , (anteriormente Alcaligenes eutrophus H16), (anteriormente Ralstonia eutropha H16), Wautersia eutropha H16	P3HB
grasas y aceites	aceite de oliva	Aeromonas hydrophilia, Aeromonas caviae	mcl-PHA, P3HB-3HHX
grasas y aceites	Aguas residuales de las almazaras	Haloferax mediterranei DSM 1411	PHBV (94-6)
grasas y aceites	El aceite de palmiste , aceite de palma crudo, ácidos grasos de aceite de palma y aceite de almendra de palma	Cupriavidus necator	mcl-PHA
grasas y aceites	Aceite de soja	Pseudomonas stutzeri	mcl-PHA
grasas y aceites	Aceite de cacahuete , aceite de ricino , aceite de mostaza , aceite de sésamo	Comamonas testosteroni	P3HB
grasas y aceites	Aceite de mostaza	Pseudomonas aeruginosa	PHA
grasas y aceites	Aceite de coco , aceite de sebo	Pseudomonas saccharophilia	mcl-PHA
grasas y aceites	Biodiésel a base de sebo	Pseudomonas citronellolis, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas stutzeri	mcl-PHA, P3HHX, P3HO
grasas y aceites	Residuos de aceite de cocina	Ralstonia eutropha	P3HB, P (3HB-3HV)
Lactosa , azúcar de la leche	suero	Escherichia coli que alberga genes de A. latus	P3HB
Lactosa, azúcar de la leche	suero hidrolizado	Haloferax mediterranei	P3HB3HV
Lactosa, azúcar de la leche	Lactosa + sacarosa	Hydrogenophaga pseudoflava ATCC 33668, DSM 1034	P3HB3HV
Alcoholes	Metanol	Methylobacterium extorquens, Methylobacterium. organophilum	P3HB
Ácidos grasos	El ácido láurico , ácido mirístico , ácido palmítico , ácido esteárico , ácido oleico	Burkholderia sp. USM JCM 15050	P3HB
Ácidos grasos	Ácido pelargónico	Pseudomonas putida KT2440	mcl-PHA
Ácidos grasos en las algas	Agarosa	Co-cultivo de Saccharophagus degradans y Bacillus cerues	P3HB
Ácidos grasos en las algas	Alga Corallina mediterranea	Halomonas pacifica ASL 10, Halomonas salifodiane ASL11	Nanopartículas de PHA
Celulosa	Hidrolizado de hemicelulosa	Burkholderi cepacia ATCC 17759	P3HB
Celulosa	Celulosa Sigmacell	Saccharophagus degradans	P3HB
Celulosa	α-celulosa	Saccharophagus degradans	P3HB
Celulosa	ensilaje	Haloferax mediterranei DSM 1411	PHBV (85-15)
hidrocarburos gaseosos	metano	Methylotroph spp. levadura	P3HB
hidrocarburos gaseosos	Dióxido de carbono , CO 2	Cupriavidus necator H16, (antes Hydrogenomonas eutropha H16), (antes Alcaligenes eutrophus H16), (antes Ralstonia eutropha H16), (antes Wautersia eutropha H16)	P3HB
hidrocarburos líquidos	n- octano	Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas citronellolis	mcl-PHA, P3HHx, P3HO, P3HD
hidrocarburos líquidos	Benceno , etilbenceno , tolueno , estireno , p -xileno	Pseudomonas fluva TY16, Pseudomonas putida F1, Pseudomonas putida CA-3	mcl-PHA
Bases nucleicas , ácidos nucleicos	Adenina , purinas	Blastobotrys adeninivorans	PHA
nutritivo	Nutrientes en lagos salados con alta concentración de sal	Ciclo de aspartato de metilo	PHA

Los trabajos de literatura citados contienen tablas extensas con: cepas de microorganismos, fuentes de carbono, tipo de PHA formado, masa seca de bacterias, PHA en la solución de fermentación, proporción de PHA de la masa celular seca y rendimiento de PHA en función de la cantidad de sustrato. Las tablas completas de los artículos se pueden descargar como texto completo del DOI.

propiedades

Dependiendo de la composición química (homo o copoliéster, ácidos hidroxicarboxílicos contenidos), las propiedades de los PHA difieren :

• No tóxico, por lo tanto apto para envasado de alimentos .
• Biocompatible y, por tanto, apto para aplicaciones médicas .
• Son adecuados como materiales terapéuticos o farmacéuticos de alta calidad como adhesivos termosensibles, materiales portadores para la liberación controlada de fármacos in vivo , guías para la reparación de tractos nerviosos, implantes, suturas, látex inteligente, mallas o como estructuras de andamiaje. en ingeniería de tejidos .
• Buena resistencia a la humedad .
• Muestra una baja permeación de agua .
• Tiene propiedades de barrera de aroma.
• Buena resistencia a la radiación ultravioleta .
• Poca resistencia química a ácidos y bases .
• En agua insoluble.
• Soluble en cloroformo y otros hidrocarburos clorados como diclorometano ; Ésteres cíclicos como el carbonato de etileno o el carbonato de 1,2- propileno
• Relativamente resistente a la degradación hidrolítica .
• Con una densidad de 1200 kg / m³, son más pesados ​​que el agua. A diferencia del polipropileno, se hunden en el agua.
• El hundimiento facilita la biodegradación anaeróbica en sedimentos .
• Menos pegajoso que los polímeros fundidos tradicionales.
• Tolerado a diferencia de otros plásticos de base biológica como polímeros de ácido poliláctico temperaturas parciales de hasta 180 ° C.
• El contenido cristalino puede oscilar entre unos pocos y un 70%.
• El polímero PHB sintetizado puramente a partir de ácido polihidroxibutírico tiene una alta cristalinidad y, por lo tanto, es relativamente frágil y rígido .
• La procesabilidad , la resistencia al impacto y la elasticidad se mejoran con proporciones más altas de valeriate en el copolímero (PHBV).
• Copolímeros de PHB que también contienen otros ácidos grasos como B. contiene ácido beta-hidroxivalérico, aumenta la elasticidad .

característica	abreviatura	[Unidad]	Homopolímero scl-PHA	Homopolímero mcl-PHA	Copolímero P (3HB- co-3HV)	Copolímero P (3HB 94- -co-3HD 6)
Temperatura de fusión	Tm	[° C]	160-179	80	137-170	130
Temperatura de transición del vidrio	Día	[° C]	2-4	−40	−6 a 10	−8
Grado de cristalización	Xcr	[%]	40-60
Módulo de Young, módulo de Young	Módulo electrónico	[GPa]	1-3,5		0,7-2,9
resistencia a la tracción	${\ Displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {M}}}$	[MPa]	5-15	Vigésimo	hasta 690	17
Alargamiento a la rotura	ε	[%]	1-40	300	30-38	680
Tasa de transmisión de vapor de agua	WVTR	[g · mm / m² · día]	2,36
Tasa de transmisión de oxígeno	OTR	[cc · mm / m² · día]	55.12

Extracción de PHA

La extracción de PHA a partir de biomasa utiliza una secuencia de diferentes técnicas:

Cosecha de biomasa

La cosecha de biomasa es la concentración de biomasa mediante técnicas como la filtración o la centrifugación .

Pretratamiento y destrucción de membranas celulares.

Dado que los PHA son polímeros intracelulares, es necesario concentrar la biomasa antes de la recuperación de PHA. Las técnicas incluyen técnicas de secado ( liofilización y secado térmico), molienda, pretratamientos químicos, enzimáticos y bioquímicos. El paso de pretratamiento puede combinar dos o más métodos.

La destrucción de la masa de células no PHA (NPCM) puede tener lugar de forma mecánica, química, enzimática, biológica u osmótica .

Extracción de PHA

Extracción y precipitación de PHA

Durante la solubilización de PHA , el PHA se precipita de la biomasa bacteriana mediante el uso de un alcohol. Esto aprovecha la insolubilidad de PHA en metanol helado y la solubilidad de NPCM en un solvente. Los disolventes utilizados son " sistemas acuosos de dos fases que contienen glicol ", " disolventes halogenados ", p. B. Se utilizan cloroformo caliente , cloruro de metileno , "disolventes no halogenados" o " extracción con líquidos supercríticos ".

En el método de Heinrich et al., Se cultivó gluconato de sodio con Ralstonia eutropha . Las células bacterianas se cultivaron durante 68 horas a 30ºC y se recogieron mediante centrifugación continua. La masa celular liofilizada y pulverizada se suspendió en una solución acuosa de hipoclorito de sodio al 13% en volumen . A una concentración de biomasa de más de 30 g L-1 (p / v), la solución de hipoclorito de sodio estaba saturada. La digestión de la biomasa no poli (3-HB) (NPCM) en hiperclorito de sodio a pH 12,3 fue muy exotérmica y fue necesario un enfriamiento intensivo. La sedimentación del polímero podría acelerarse añadiendo agua. La sedimentación del polímero fue acompañada por una separación clara y el poli (3HB) sedimentado pudo simplemente decantarse del sobrenadante. El poli (3HB) aislado se lavó dos veces con agua y una vez con isopropanol . Se evaporó el resto del isopropanol. A partir de entonces, ya no hubo ningún olor a hipoclorito en el producto. El polímero extraído y purificado apareció como un polvo blanco con una pureza del 93 al 98% en peso. La recuperación máxima que se pudo lograr en relación con la concentración inicial de poli (3HB) en las células fue aproximadamente del 87%.

Extracción de PHA con la ayuda de tensioactivos.

Los tensioactivos no iónicos Triton X-100 , Triton X114 y Tergitol 6 descomponen las membranas celulares bacterianas a pH alto y destruyen o desnaturalizan otros componentes celulares y liberan PHA. A esto le sigue un breve tratamiento con lejía que completa la limpieza.

Extracción de PHA por tratamiento enzimático

La degradación de las membranas celulares y la liberación de polihidroxialconatos se pueden lograr mediante el uso de enzimas como lisozima , nucleasas o proteasas como p. Ej. proteasas Corolase® L10, Alcalase® 2.4L, Corolase® 7089, Protemax® FC, glicosidasas Celumax® BC, Rohament® CL o Rohalase® Barley. Se pudieron lograr rendimientos de 93% P (3HB - co - 3HV) con 94% de pureza.

Pulido y secado

Como paso final, los PHA recuperados se pueden pulir eliminando los residuos de los pasos anteriores o secándolos.

Manufactura industrial

historia

P3HB (poli-3-hidroxibutirato) fue descubierto por primera vez en 1925 por el microbiólogo francés Maurice Lemoigne (1883-1967) en Bacillus megaterium. No fue hasta la década de 1960 que la ciencia comenzó a enfocarse en otros PHA producidos por bacterias, a saber, P3HV (poli-3-hidroxivalrato) y P3HHx (poli-3-hidroxihexanoato). En 2006, se conocían alrededor de 150 PHA diferentes. La empresa ICI desarrolló un material en la década de 1980 para probar su producción en una planta piloto. La producción comercial ha abaratado estos materiales y han sido probados en grandes cantidades para diversos usos con gran potencial en medicina.

Sin embargo, el interés disminuyó cuando quedó claro que el costo del material era demasiado alto y que sus propiedades no eran comparables a las del polipropileno .

En 1996, Monsanto adquirió todas las patentes de fabricación de polímeros de ICI / Zeneca y vendió un copolímero de PHBV (poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)) bajo la marca Biopol. Sin embargo, Monsanto vendió sus derechos sobre Biopol en 2001 a la empresa estadounidense Metabolix y, a principios de 2004, cerró su instalación de cultivo, en la que se producía PHB a partir de bacterias. En junio de 2005, la empresa estadounidense Metabolix recibió un premio Presidential Green Chemistry Challenge por desarrollar y comercializar un método de bajo costo para fabricar PHA en general, incluido PHB.

Los principales productores de PHA

BASF Brasil; Bioamber, Inc.; Biomatera, Inc.; Biome Bioplastics Ltd.; Biomer; Bio-On Srl (Italia); Biociencia; Biotecnología Co., Ltd; Bluepha Co. (China), Ltd.; Jabalí (Japón); Cardia Bioplastics Ltd; CJ Cheil-Jedang Corp. (Corea del Sur); Danimer Scientific. (ESTADOS UNIDOS); Dayglo Color Corp.; Dupont Tate & Lyle Bio Products Company, LLC; Ecomann; Bioplásticos de ciclo completo (EE. UU.); GreenBio; Kaneka Corporation (Japón); Materiales de mango; Materials Co. Ltd ,; Meredian Inc.; Metabolix Inc.; Micromidas; Bioplásticos Minerv PHA; Mitsubishi Chemical; Nafigate Corporation (República Checa); Newlight Technologies, LLC (EE. UU.); PHB Industrial SA; Polyferm Canada, Inc.; Procter & Gamble Co.; Industrias RWDC (Estados Unidos / Singapur); Biotecnología Co., Ltd. de Shenzhen Ecomann; Tepha, Inc.; Co. Ltd. de los materiales biológicos de Tianan (Porcelana); Ltd de los materiales de Tianjin Greenbio; Veolia-AnoxKaldnes Bas.

Se proporciona una lista de lugares de producción y capacidades en ácido polihidroxibutírico .

Procesamiento y uso

Los polímeros PHA tienen un gran potencial como material de reemplazo para plásticos a granel como p. Ej. B. Polipropileno (PP), especialmente en el campo de los envases y revestimientos . La participación de PHA en las capacidades de bioplásticos mundiales de 2020 de 2,11 millones de toneladas / año es del 1,7%.

Los polímeros PHA son termoplásticos en equipos convencionales a procesar y se deforman en función de la composición y son más o menos elásticos.

Los PHA se procesan principalmente en moldeo por inyección , mediante extrusión y moldeo por soplado de extrusión en láminas y cuerpos huecos . PHA es un termoplástico que se puede utilizar como material fundido en la impresión 3D . Las formas del producto se pueden remodelar y diseñar doblando, empujando, tirando y tirando . Así se crean botellas, tees de golf, bolígrafos y envases para cosméticos.

Los plásticos hechos de PHA se utilizan como elastómeros biodegradables y termoplásticos , por ejemplo, para material de embalaje, especialmente para alimentos . Las pajitas hechas con él son resistentes a los líquidos calientes sin cambiar el sabor de las bebidas.

Otro interés asociado con PHA es su biocompatibilidad con tejidos vivos.

Se utiliza en tecnología médica para implantes como material de fijación y para prótesis ortopédicas. Como remaches, grapas, tornillos (incluidos tornillos de interferencia), clavijas ortopédicas, stents, válvulas vasculares, cabestrillos, placas óseas y sistemas de recubrimiento óseo para refuerzo óseo, como reemplazos de injertos óseos.

Los PHA se utilizan en campos médicos, p. Ej. B. como materiales absorbibles por el cuerpo tales como suturas ; Redes quirúrgicas para la regeneración de tejido guiado, p. Ej. B. guías nerviosas, regeneración del cartílago articular, tendones, menisco; como implantes de ligamentos y tendones, implantes de células oculares; Barreras de adherencia; como apósitos y hemostáticos para heridas, apósitos cardiovasculares, apósitos para el pericardio; como sustituto de la piel.

PHA es adecuado para preparaciones de depósito farmacéuticas implantadas .

Su uso como artículos de higiene (por ejemplo, componentes de pañales ), fibras , adhesivos, componentes de tóner y fluidos reveladores , portadores de aromatizantes en alimentos y redes de pesca biodegradables está probado y probado.

En agricultura, las PHA pueden, por ejemplo, B. utilizarse como películas o como mantillo y en acuicultura como portador de biopelículas para desnitrificación .

En cosmética, el PHA sustituye a los microplásticos en particular. PHA puede espesar la formulación.

Dependiendo de la composición del comonómero y del peso molecular, los PHA pueden usarse como: multifilamento ; Spunbond ; Papel sintético; como látex para revestimiento de papel, espumas ; Moldeo por inyección ; Formas rígidas por soplado ; Termoformado ; Películas y láminas sopladas; Película para moldes ; Película elastomérica ; Promotor de adherencia ; Pegamento .

PHA como espesante y aglutinante en lubricantes técnicos.

ecología

El PHA se desintegra relativamente rápido y al 100% durante la biodegradación en el compostaje industrial y en las plantas de biogás , así como en la pila de compost doméstico, en el suelo y en el mar. El proceso de descomposición biológica puede tener lugar tanto en el aire como en el agua. Así que para construir implantes como tornillos para fracturas óseas se utilizan, o suturas quirúrgicas sin mayor intervención. Sin embargo, los medicamentos y los ingredientes activos incorporados en PHA también se pueden usar para la liberación dirigida en el cuerpo humano.

El documento DE102015214766 describe el uso de PHA como cápsulas de café biodegradable. Su uso se describe en disolventes biodegradables y como polímeros conductores de electricidad.

enlaces web

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• Zulfiqar Ali Raza, Sharjeel Abida, Ibrahim M.Banat: Polyhydroxyalkanoates : Características, producción, desarrollos recientes y aplicaciones, Revisión . (pdf) En: Biodeterioro y biodegradación internacionales . 126, enero de 2018, págs. 45-56. doi : 10.1016 / j.ibiod.2017.10.001 .
• Harvey Williams, Patricia Kelly: polihidroxialcanotes; Biosíntesis, estructuras químicas y aplicaciones , Nova, copia complementaria del colaborador
• Elodie Bugnicourt; Patrizia Cinelli; Vera Alejandra Alvarez; Andrea Lazzeri: Polihidroxialcanoato (PHA): Revisión de síntesis, características, procesamiento y aplicaciones potenciales en envases, eXPRESS Polymer Letters 8 (11): 791-808 Junio ​​de 2014

Evidencia individual