含环境激素来源的石油聚碳酸酯的潜在替代品

韩国化学技术研究所(KRICT)开发了一种生物聚碳酸酯，该生物聚碳酸酯已被日本垄断，并开辟了生物聚碳酸酯商业化的可能性。

生物聚碳酸酯是一种生态友好的生物塑料，可以替代传统的聚碳酸酯，后者包含引起环境激素的物质双酚A(BPA)。迄今为止，日本三菱化学公司是唯一成功实现生物聚碳酸酯生产商业化的公司。

KRICT生物基化学研究中心的Jeyoung Park博士，Oh Dongyeop博士和Sung Yeon Hwang博士利用异山梨醇和纳米纤维素的植物成分开发了生物聚碳酸酯。

BPA是一种石油化学物质和一种环境激素，会引起内分泌干扰和代谢并发症。它主要用于聚碳酸酯，韩国禁止在奶瓶和化妆品中使用此物质。它也用于收据纸和罐头食品的涂料。

因此，生物聚碳酸酯作为含双酚A的聚碳酸酯的替代品已受到关注。然而，难以同时满足一般植物成分塑料的经济可行性和高机械性能。KRICT通过异山梨醇和纳米纤维素的组合克服了这个问题，并成功生产了超越石油基聚碳酸酯的生物聚碳酸酯。

异山梨醇是一种源自葡萄糖的环保化合物，不仅改善了所掺入聚合物的机械性能，而且由于其独特的分子结构而具有良好的光学和耐紫外线性能。

研究小组应用了“类似溶解”的原理，其中相似的化合物可以更好地混合在一起。异山梨醇与纳米纤维素很好地混合在一起，作为生物来源的增强剂，因为这两种物质都是亲水性的并且具有相似的结构。然后，进行纳米复合塑料的聚合过程。分散良好的纳米纤维素在混凝土中的作用类似于金属钢筋，从而使生物塑料的强度最大化。

KRICT的Jeyoung Park博士说：“我们想打破生物塑料具有较差的机械性能且价格昂贵的刻板印象。” Park博士继续说道：“通过植物成分之间的协同作用，我们能够开发出优于石油塑料的生物塑料。” 结果，它显着改善了生物塑料的物理性能，例如强度和透明度，这已被指出是一般生物塑料的局限性。

所开发的生物聚碳酸酯表现出93 MPa的拉伸强度(材料的强度)。在现有的石油和生物聚碳酸酯中，这是迄今为止最高的衡量标准。石油聚碳酸酯的抗张强度范围为55-75 MPa，而日本三菱化学公司的生物聚碳酸酯的抗张强度为64-79 MPa。

代表塑料透明度的透光率经测量为93%。这是由于通过分散的纳米纤维素的结晶性受到抑制，其结果非常优于市售的石油聚碳酸酯。这是杰出的，因为大多数纳米复合材料的透明度降低，因为不均匀的聚集体会散射光。另外，与石油聚碳酸酯不同，由于在生物聚碳酸酯中没有苯环，即使在长时间暴露于紫外线下也没有变色的风险。

因此，生物聚碳酸酯可以用作工业材料，用于包括汽车天窗，前灯，透明的公路隔音屏障以及智能手机等电子设备的外部应用。因此，该材料有望成为现有聚碳酸酯的可行替代品。

同样，使用大鼠模型通过动物体内炎症测试验证了该材料的低毒性，从而支持了该材料在生物医学应用中的潜力。将聚合物注射到皮下组织中以测试炎症的存在，并测量毒性水平为1至0，范围为5至5(值接近0时毒性最低)。

KRICT的Dongyeop Oh博士说：“通过使用大鼠进行的体内炎症测试获得了低毒性结果。该毒性水平对于婴幼儿而言是安全的，这意味着该材料可用于医疗。用于植入物和人造骨头，玩具，奶瓶和婴儿推车等物品。”

根据目前的产量，石油聚碳酸酯的市场规模约为每年500万吨，三菱化学公司的生物聚碳酸酯年生产能力约为20,000吨。尽管生物聚碳酸酯市场仍处于起步阶段，但由于这一成就，向商业化的过渡预计将在未来主导生物塑料市场。

这项名为“用高度分散的纤维素纳米晶体协同增强增强的透明生物聚碳酸酯纳米复合材料的制备”的研究成果发表在皇家化学学会绿色化学十月刊的封面上，这是绿色化学领域的最高权威。化学，并同时被选为2019年热门文章。

KRICT生物化学研究中心主任黄成妍博士解释说：“由于塑料废物和化学恐惧症等问题，人们对塑料的恐惧与日俱增，但是塑料已经成为日常生活中必不可少的一部分，因此我们将开发人们可以使用的生物塑料。可以毫无恐惧地使用。”