【摘要】：由于石油資源的日益稀缺和全球“白色污染”的不斷惡化,對(duì)可生物降解材料的研究已成為世界各國研究者關(guān)注的重要課題。聚乳酸(Polylacticacid,PLA)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種生物降解材料,可通過玉米、木薯、馬鈴薯和甘蔗等可再生資源發(fā)酵生產(chǎn),在微生物環(huán)境中可完全降解為CO2和H2O。但其在自然環(huán)境中降解速率比較緩慢,如何提高它的降解速率就成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本研究在沼澤地、芒果林地、稻田3種土壤中對(duì)PLA材料進(jìn)行自然降解實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)后的材料進(jìn)行掃描電鏡、斷裂拉伸強(qiáng)度和CO2釋放量實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)3種土壤對(duì)PLA材料的降解能力,并運(yùn)用高通量測(cè)序技術(shù),對(duì)3種土壤細(xì)菌群落進(jìn)行基因組測(cè)序分析,檢測(cè)3個(gè)樣本細(xì)菌群落的差異性。同時(shí)以PLA為唯一碳源,傳代馴化沼澤地土壤中的微生物,并對(duì)馴化過程中的種群多樣性進(jìn)行分析。本文的主要研究結(jié)果如下:1、PLA材料可以在土壤條件下自然降解;且在沼澤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材料在沼澤地土壤和芒果林地土壤中的降解效果接近,并遠(yuǎn)勝于稻田土壤。2、對(duì)紅外光譜分析顯示,PLA材料在自然環(huán)境中的降解過程為需氧降解過程。3、土壤菌群多樣性和豐富度越高,對(duì)PLA材料的降解作用越好。4、沼澤地、芒果林地、稻田3種土壤測(cè)序所得OTU數(shù)量分別為11110、11236、8848,共涉及細(xì)菌域的9個(gè)主要門和16個(gè)主要科。變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)是降解聚乳酸材料的優(yōu)勢(shì)菌群。在科水平上,黃桿菌科(Flavobacteriaceae)、叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)和噬纖維菌科(Cytophagaceae)的微生物對(duì)PLA材料的降解最有潛力。5、I代、III代、VI代馴化菌液測(cè)序所得OTU數(shù)量分別為1619、1014、945,共涉及細(xì)菌域的7個(gè)主要門和6個(gè)主要科。能夠降解聚乳酸材料的微生物主要存在于變形菌門和擬桿菌門中。這一結(jié)論與土壤測(cè)序結(jié)論一致,進(jìn)一步驗(yàn)證了變形菌門和擬桿菌門是降解PLA材料的優(yōu)勢(shì)菌群。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S154.3;TQ317
【圖文】：

酸也被叫作聚丙交酯，是聚酯家族中一員，以合成單體乳酸為主要原料個(gè)乳酸分子中含有一個(gè)-OH 和一個(gè)-COOH 兩個(gè)官能團(tuán)，當(dāng)多個(gè)乳酸分子 與-COOH 脫水縮合，形成聚合物。聚乳酸的分子式為(C3H4O2)n ，其密 g/cm3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 60-65 °C，熔點(diǎn)為 150-180 °C，特性粘度（IVL/g，傳熱系數(shù)為 0.025 λ(w/m*k)。易溶于氯仿，不溶于水和乙醇[17]。聚用最為廣泛的一種可生物降解材料，可通過玉米、木薯、馬鈴薯和甘蔗發(fā)酵生產(chǎn)，在微生物環(huán)境中可以被完全水解為 CO2和 H2O[18]。酸的分子結(jié)構(gòu)式如圖 1 1 所示，由于乳酸單體含有一個(gè)手性碳，便產(chǎn) L LA 這兩種旋光異構(gòu)型（圖 1 2），相應(yīng)地，聚乳酸可以分為 lactide)、PDLA (Poly D lactide)、ME PLA（內(nèi)消旋混合物）和 DL PL物）這四種[19]。

圖 1-2 乳酸單體的結(jié)構(gòu)式Fig. 1-2Constitutional formula of lactic acid聚合物分子量及聚合物某一旋光性單體的含量影響聚乳酸物理性質(zhì)、材料力學(xué)性、光學(xué)性質(zhì)。如當(dāng)分子量較小時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)隨分子量的升高而顯著提高，結(jié)晶度則相會(huì)隨分子量的升高而減小。PLA 中 D LA 或 L LA 所占的比例會(huì)影響 PLA 的各種能，比如材料是無定形還是半結(jié)晶的、熔點(diǎn)的高低和立體結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，均會(huì)直接響制品的性能參數(shù)（如沖擊強(qiáng)度、開裂性能、透明性等），而這幾點(diǎn)性質(zhì)都對(duì)聚合物應(yīng)用至關(guān)重要[20-22]。D PLA 和 L PLA 在 PLA 鏈中隨機(jī)排列形成了無定形的 PLA，這種 PLA 的結(jié)晶能力存在很大不足因而無法形成規(guī)整的空間立體結(jié)構(gòu)，最只能得到非結(jié)晶型的透明 PLA；具有完全規(guī)整的立體結(jié)構(gòu)的 L PLA 和 D PLA為熱塑性高分子結(jié)晶聚合物，有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度和延展性，但同時(shí)給生產(chǎn)加工帶了小的難度。目前市售的聚乳酸商品一般都是 L LA(>95%)與 D LA(<5%)的共聚物。

圖 1-3 聚乳酸合成路線Fig. 1-3 Synthetic rOTUe of PLA聚法：縮聚法顧名思義，那就是直接把乳酸單體進(jìn)行縮合而成聚乳酸，也被叫。在有脫水劑的情況下，乳酸分子中的-OH 和-COOH 兩個(gè)官能團(tuán)受熱合成低聚物。然后添加催化劑， 使溫度繼續(xù)升高, 相對(duì)分子質(zhì)量較低的行成高相對(duì)分子量的聚乳酸。該方法工藝簡單，操作方便，但制得的聚量較低(均低于 5000)，同時(shí)強(qiáng)度極低且易分解，使用價(jià)值比較

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本文編號(hào)：2769262