代谢工程改造微生物合成生物基单体的进展与挑战

单体是合成聚合物所用的小分子基础原料,目前主要来源于化石燃料。利用微生物制备生物基单体具有生产条件温和、环境友好、可持续的优势,是实现高分子材料行业绿色制造的重要途径。借助代谢工程和合成生物学元件,目前已经实现了多种单体的微生物制造,然而与石油基生产工艺相比,这些单体微生物细胞工厂的生产性能普遍较低。围绕代谢工程改造微生物合成生物基单体过程中存在的瓶颈问题,本文基于具体案例分析,从廉价底物的高效利用、提高生物基单体合成效率、强化细胞环境耐受性三个方面,总结了改造微生物合成单体的最新研究进展。同时,讨论了单体微生物细胞工厂目前存在的挑战和未来发展方向。     

生物基聚酰胺及其单体研究进展

生物基聚酰胺是目前应用比较广泛的材料之一，因其具有低碳、环保、可持续性强等优点。基于生物基聚酰胺单体合成聚酰胺材料已成为高分子产业绿色可持续发展的重要方向。综述了各类生物基聚酰胺单体的种类和制备方法、研究进展，展望了生物基聚酰胺的应用和发展方向。     

HMF路线合成生物基单体2,5-呋喃二甲酸的研究进展

2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是合成聚（呋喃二甲酸乙二醇酯）（PEF）等生物基聚酯的重要单体,具有广阔的应用前景。FDCA能否实现低廉、高效的大规模生产,是生物基聚酯开发的关键。目前,FDCA合成的研究广受关注,工业化开发也正在进行中。本文对合成生物基单体FDCA的5-羟甲基糠醛（HMF）路线进行综述,重点介绍了水、高沸点有机溶剂、低沸点有机溶剂、双相体系和离子液体中的糖类脱水合成HMF,无碱水溶液、碱性水溶液和有机溶剂中的HMF氧化合成FDCA以及糖类一锅法合成FDCA的研究进展。在比较各种合成方法的基础上,认为当前应着重研究开发低沸点溶剂中糖类脱水合成HMF以及无碱水溶液或有机溶剂中低廉高效的HMF氧化新方法,并向着糖类一锅法合成FDCA的方向发展。     

生物基聚酰胺的制备与应用研究进展

综述了生物基聚酰胺的合成单体及聚酰胺的制备研究进展。根据生物质的来源不同，生物基聚酰胺的合成单体的制备路线主要分为油脂路线和多糖路线。其中，油脂路线使用最多的是蓖麻油，多糖路线以葡萄糖为主。对部分已商品化的生物基聚酰胺性能及应用进行了介绍，未来随着石油资源的萎缩，开发生物基聚酰胺具有非常广阔的发展及应用空间。     

高固含低粘度生物基氟碳树脂的合成及性能

合成高固含低粘度氟碳树脂是改善溶剂型氟碳防腐涂料环保性的重要途径之一。以生物基原料氢化松香制备出可聚合的丙烯酸氢化松香醇酯单体,进一步采用自由基聚合方法制备出高固含低粘度生物基氟碳树脂,结合分子动力学模拟方法,分析丙烯酸氢化松香醇酯降粘机理,并探究生物基氟碳树脂成膜后涂膜性能。研究表明,随丙烯酸氢化松香醇酯单体含量的增加,改性氟碳树脂粘度降低;当丙烯酸氢化松香醇酯单体含量为18.6%时,改性氟碳树脂固含量为78.56%,其运动粘度与叔碳酸乙烯酯单体单体改性氟碳树脂相当,远低于不含大体积侧基的改性氟碳树脂;与石油树脂叔碳酸乙烯酯单体相比,丙烯酸氢化松香醇酯单体空间体积更大,侧基体积效应更明显,分子间相互作用力小,降粘效果好;丙烯酸氢化松香醇酯改性氟碳涂料体系硬度、附着力高于叔碳酸乙烯酯改性氟碳涂料,耐化学腐蚀性略低于叔碳酸乙烯酯改性氟碳涂膜。     

基于丁香酚的生物基环氧树脂的合成及其复合材料性能研究

在可持续发展背景下,以可再生资源开发高性能材料至关重要.以丁香酚单体、1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、环氧氯丙烷为主要材料,合成了一种生物基环氧树脂前驱体,并通过1H-NMR对其进行结构表征.使用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)对六方氮化硼进行了表面改性处理,并将其加入生物基环氧树脂前驱体中制备了一种生物...     

生物基聚氨酯乳液的研究进展

聚氨酯乳液由于性能优异已广泛应用于建筑、皮革、金属防腐等领域的涂装与防护。现有聚氨酯乳液大多为石油基产品，出于可持续发展的需要，伴随生物基原料的快速发展和大规模商业化，生物基聚氨酯乳液获得快速发展。该文综述了合成聚氨酯乳液的生物基原料和助剂，包括生物基异氰酸酯、多元醇、扩链剂、丙烯酸（酯）单体以及其他生物基原材料，同时分析了木质素基、植物油基、非天然单体以及其他生物基聚氨酯乳液的新进展，指出了生物基聚氨酯乳液面临的主要问题，包括原材料供应不足、成本高和产物性能差等，展望了生物基聚氨酯乳液在无溶剂、高生物基含量和多功能等产品的发展前景。     

生物基弹性体的研究进展

石油基合成弹性体发展迅速但存在不可持续的问题,且日益受到节能减排的压力;天然橡胶受环境和气候影响较大,产量有限,我国天然橡胶自给不足,严重依赖进口。面对上述挑战,以太阳能为源头,开发不依赖于化石资源的新一代生物基弹性体是解决橡胶资源短缺的有效手段,也是保障全球橡胶资源安全、长久、稳定供应的必由之路。本文综述两类生物基弹性体的最新研究进展。目前主要有两种思路制备生物基弹性体,一种是利用生物基单体（如乙烯、异戊二烯、衣康酸）通过传统的合成工艺制备生物基异戊橡胶、生物基三元乙丙橡胶、生物基衣康酸酯弹性体等生物基合成弹性体,其性能可与传统非生物基工程弹性体相媲美,有望直接替代现有工程弹性体;另一种是提取植物体自然生成的弹性体如天然橡胶、杜仲胶、蒲公英橡胶等。在双碳战略背景下,随着微生物发酵技术和基因工程技术的迅速发展,生物基弹性体的成本会逐渐接近传统橡胶,其具有广阔的发展前景。     

生物基异山梨醇型环氧固化剂的制备及性能研究

利用生物基单体异山梨醇代替石油基单体双酚A合成了生物基环氧树脂SIE-21,考察了催化剂用量、添加形式、滴加速度、反应时间等对SIE-21的影响。以SIE-21、二乙烯三胺、聚丙二醇二缩水甘油醚为原料，成功制备了生物基水性环氧树脂涂料固化剂，同时考察了反应时间、反应温度等对SIE-21及固化剂性能的影响，并对最优化固化剂进行了简单的固化性能测试。结果表明，通过引入异山梨醇单体，生物基环氧树脂固化剂的吸水率可达17%,且具有一定的拉伸强度。异山梨醇作为生物可再生原料可以制备性能较好的水溶性环氧树脂涂料固化剂。     

生物基多支化聚合物制备与表征(摘要)

<正>以纤维素、蓖麻油等可再生资源为原料,将甲基丙烯酸羟乙酯等石油基单体以及来源于可再生资源的松香基单体、油脂基单体以多种形式分别接枝到纤维素、蓖麻油骨干上,合成了具有刷状结构的纤维素基聚合物以及类似星状结构蓖麻油基聚合物,可制备出全生物基的新型高分子材料。通过采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱     

生物基丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备及对液体车衣性能的影响

介绍了生物基丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体的制备方法，并对比了生物基树脂与石油基树脂在液体车衣中的应用性能。该树脂采用核–壳聚合技术，合成的聚氨酯水分散体先在水相中形成胶体微粒，将丙烯酸酯单体溶胀在胶粒内部并再次发生聚合,最终形成具有核–壳型结构的聚合物分散体。由于把分散体合成中用量最大的多元醇组分替换成市售商品中经合成或改性为双官能团的蓖麻油系二元醇，同时选用含生物碳的原料制成的丙烯酸酯单体，制成品中生物基碳含量可保持在70%以上。对比常规的水性聚氨酯分散体，生物基丙烯酸酯改性的制成品表现出较好的剥离性能、耐候性和颜料定向性，尤其作为一种高生物基碳含量的材料，是实现“双碳”的有效技术途径，符合当前环保节能和低碳经济的需求。     

合成生物学在生物基塑料制造中的应用

合成生物学是以工程学思想为指导，对天然生物基因组进行改造和重构，合成新的生物元件，构建新的代谢途径，生产新产品或获得新表型的新兴学科。生物基塑料是以天然物质为原料在微生物作用或化学反应下生成的塑料。利用合成生物学改造工程菌株的方法制备合成生物基塑料已经成为学术界和产业界关注的热点。本文综述了合成生物学的发展和重要的合成生物学技术，重点综述了利用合成生物学技术构建聚羟基烷酸酯、尼龙、聚乳酸和丁二酸丁二醇酯等生物基塑料聚合物单体及其衍生物的代谢途径和工程优化领域的研究进展。     

构建生物基聚合物

<正>通过将生物合成专业知识与聚合物合成和工程技术相结合,美国明尼苏达大学的研究小组为制备性能广泛以及由糖衍生物链段合成的共聚物奠定了基础。与石油基聚酯弹性体和硬质塑料相比,新材料是第一个在成本和性能上迈出一大步的生物基嵌段聚合物。化学工程和材料科学教授张可春(音译)和博士后熊明勇(音译)首先设计了一条生物合成路线来制备新的生物基单体——六元     

中科院宁波材料所在2,5-呋喃二甲酸研究方面取得进展

<正>2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为一种具有"刚性"平面结构的生物基高分子芳环单体,可与二醇、二胺等单体进行聚合,制备出性能优异的新型生物基高分子合成材料。进入二十一世纪后,人类受能源和环境问题的困扰,为了实现可持续、绿色环保的发展高分子以及相关的精细化工产业,全球均在寻找能够替代目前石油的生物基原材料,以期降低石油依赖,提高国家能源安全,同时降低石油产业对环境的污     

全生物基苯并噁嗪树脂的合成及聚合研究

为降低苯并噁嗪的聚合温度,采用焦性没食子酸、糠胺和多聚甲醛等原料通过溶剂法成功合成了一种含有酚羟基的新型全生物基苯并噁嗪单体,并探讨了其耐热性和热稳定性等特征。研究结果表明:该苯并噁嗪单体具有高开环聚合活性,放热峰值温度(T_p)仅为176℃,明显低于传统苯并噁嗪单体;其初始热分解温度为150℃,高温时具有很高的残炭率,在氮气氛围下800℃时的残炭率为55%。     

生物基聚苯乳酸新材料及其单体制备的研究进展

以可再生资源发酵制备的光学纯苯乳酸为单体合成的聚苯乳酸,是最新研究的一种芳香族生物基聚合物新材料,具有优异的热稳定性、机械强度和紫外吸收性能,成为继聚乳酸材料之后的重要聚合物材料,在工业领域具有潜在的广阔应用前景。高纯度苯乳酸单体的制备是聚苯乳酸工业化的关键。本文从聚苯乳酸的合成、苯乳酸单体的化学与生物合成方法及下游分离纯化等方面,对其研究现状进行了综述。苯乳酸的化学合成法有多条明确的路线,但步骤繁琐,反应条件苛刻,副产物多,尚不能工业化应用;生物合成法制备苯乳酸的反应条件温和,具有很好的可持续性;用生物安全性优良的高产菌株进行生物转化及酶法合成,成为苯乳酸工业化发展的重要方向。但是,采用常规纯化方法从生物发酵液或转化液中分离纯化得到苯乳酸时,尚存在处理量较小、工艺繁琐、反应条件苛刻等局限性;近几年兴起的晶胶介质层析分离技术,可简化分离纯化步骤,其产物纯度高,过程简便,有望成为苯乳酸分离的新方法。     

新型生物基聚合物的合成及应用研究进展

与以石油化学品为原料合成的高分子材料不同,生物基聚合物是用可再生的生物资源合成的一类绿色环保聚合物材料,具有来源绿色、价廉易得、易于降解的特点。本文主要介绍了新型生物基聚合物的合成方法,并综述了这些新型生物基聚合物在生物材料、抗菌材料、涂料、形状记忆材料等方面的应用研究进展。     

生物基环氧树脂的研究进展

以生物基原料合成环氧树脂是目前解决双酚A环氧树脂原料不可持续性和毒性问题最切实可行的方案。在综述国内外生物基环氧树脂研究进展的基础上,对最近几年我们基于松香、衣康酸、没食子酸合成生物基环氧树脂方面的研究进展进行了介绍,在此基础上进行了总结和展望。     

阻燃型生物基环氧树脂的研究进展

利用植物油、衣康酸等可再生单体在环氧化作用下制备的环境友好型生物基环氧树脂可作为传统石油基环氧树脂的替代产品。增加生物基环氧单体或固化剂的功能、提高生物质含量和生物降解能力是未来开发高性能生物基环氧树脂的几个关键因素。本文综述了阻燃型生物基环氧树脂的现状和研究进展。     

生物炼制木质素基酚醛树脂的制备与应用（摘要）

以生物炼制木质素为原料,研究了生物炼制木质素基酚醛树脂的制备及其在木材胶黏剂和泡沫保温材料方面的应用,并初步探讨了木质素基酚醛树脂的合成机理及制备工艺。