不同微生物环境下聚酯材料的降解性研究

摘要

聚已内酯(polycaprolactone，PCL)、聚乳酸(polylacticacid，PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(polybutylenessuccinate，PBS)等脂肪族聚酯具有良好的生物降解性，可以有效缓解传统塑料废弃后带来的环境负荷，是一类具有广阔应用前景的可生物降解材料。目前对脂肪族聚酯的降解机理、降解速度控制等方面是研究的主要热点，在降解机理的研究中，微生物参与的降解是目前研究的前沿课题。 本着对可生物降解塑料推广应用的宗旨，本研究将陕西普通土壤中存在的细菌、真菌、霉菌及放线菌类作为研究对象，驯化、分离、筛选出能够降解PCL、PLA、PBS的菌株。通过考察其它地区土壤中这些菌株的量即可推测出当地土壤对这几种可生物降解塑料是否有较好的降解能力，这对陕西甚至中国北方废弃的可生物降解塑料的处理都具有特殊的意义。 对可降解PCL、PLA、PBS菌株的筛选是通过取一定量土壤稀释液放入微生物各自生长所需的富集培养液中，然后在各自适宜的温度下，恒温水浴振荡器中恒温培养。采用逐级驯化的方法，将无机培养液中的碳源(PCL、PLA、PBS)按1g/L、5g/L、10g/L分3个梯度进行驯化；驯化后，在以聚酯为唯一碳源的平板上进行划线分离，挑取优势菌落进行进一步分离，进行菌株的初筛；再将初筛出的菌株经过复筛从中选出降解能力最佳的菌株。复筛是通过降解过程中菌液的外观变化，聚酯膜的质量损失，降解前后膜的表面形态变化等来进行分析的。在聚酯PCL、PLA、PBS的降解性能研究中，PCL采用琼脂板培养试验法、降解考察周期为20天；PLA和PBS采用特定菌株降解材料试验法，降解考察周期为30天。 四种菌类对PCL都有较好的降解能力。通过平板培养和菌作用后膜表面形态的观察，发现放线菌的降解能力最强；PCL降解前后质量损失变化表明真菌和细菌类也有一定的降解能力，降解20天后都可达到17％以上；霉菌的降解能力相对较弱。在细菌中降解能力最好的分别是蜡状芽孢杆菌和假单胞菌。通过降解前后膜表面形态的变化，发现降解过程中菌的侵蚀作用主要是从晶体中心开始的。 对PLA有降解能力的只有霉菌，30天后最大质量损失率可达4.44％。PLA的降解性很明显，说明在所取土样的霉菌类中含有分解PLA的脂肪酶存在。微生物对PLA的降解可分为三个阶段，每个阶段均是水解与微生物的降解协同进行的，其中第二阶段微生物的降解占主导地位。 对PBS有降解能力的为霉菌和真菌，其中霉菌的降解能力最强，降解30天后最大质量损失率可达5.37％。通过PBS膜降解前后表面形态的观察表明：微生物对PBS的降解作用主要发生在膜的表面。 用降解PCL最好的菌株来降解PBS时发现，虽然两者都为脂肪族聚酯，但最适宜降解PCL的菌并不适于降解PBS，这是由于它们不同的化学结构所决定的。 对PCL、PLA和PBS分别筛选出来有降解效果的菌类中都包含霉菌，说明霉菌对脂肪族的聚酯具有普遍的降解能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究背景

1.2生物降解性高分子材料的分类

1.2.1按生物降解过程分类

1.2.2按生产方法分类

1.3生物降解性的评价

1.3.1土埋法

1.3.2特定酶降解试验法

1.3.3放射性同位素示踪法

1.3.4生物体内试验法

1.3.5力学依据

1.3.6琼脂板培养试验法

1.4高分子生物降解性的影响因素

1.4.1影响材料生物降解性能的内部因素

1.4.2影响材料生物降解的外部因素

1.4.3外部干扰及其它因素

1.5生物降解高分子材料的降解机制

1.6生物降解材料的应用

1.6.1医用用途

1.6.2农业用途

1.6.3包装领域的应用

1.6.4在其它方面的应用

1.7本课题的意义和主要工作

2材料与方法

2.1实验材料与仪器设备

2.1.1实验材料

2.1.2主要仪器设备

2.1.3膜的制备

2.1.4培养基

2.2可降解聚酯菌种的驯化、分离

2.2.1微生物培养与驯化

2.2.2制备土壤稀释液

2.2.3菌源富集

2.2.4逐级驯化培养微生物菌

2.3可生物降解材料降解菌的筛选

2.3.1分离和初筛

2.3.2复筛和初步识别

2.3.3细菌菌种的鉴定

2.4微生物对聚酯的降解实验

2.4.1重量损失

2.4.2表面形态变化

2.4.3力学性能测试

3微生物对PCL的降解性能

3.1降解PCL菌的驯化、分离

3.2 PCL的降解性考察

3.2.1质量损失

3.2.2平面培养

3.2.3膜表面形态的变化

3.3小结

4微生物对PLA的降解性能

4.1降解PLA菌的驯化、分离

4.2 PLA的系列考察

4.2.1质量损失

4.2.2拉力试验

4.2.3膜的表面形态变化

4.3小结

5微生物对PBS的降解性能

5.1降解PBS菌的驯化、分离

5.2 PBS的系列考察

5.2.1质量损失

5.2.2拉力实验

5.2.3膜的表面形态变化

5.3同种微生物对PBS和PCL的降解性能

5.3.1质量损失

5.3.2膜的表面形态变化

5.4小结

6细菌菌种的鉴定

7结论

参考文献

致谢

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