專利名稱：透明組合物在光生物反應(yīng)器中的用途的制作方法
透明組合物在光生物反應(yīng)器中的用途本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，和其主題更具體地為基于至少一種甲基丙烯酸類聚合物的透明組合物在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體的裝置中的用途。該組合物可為膜、板或圓筒如管的形式。本發(fā)明的主題還為用于培養(yǎng)光敏有機體的透明多層結(jié)構(gòu)體，其至少包括一個甲基丙烯酸類聚合物的層。光生物反應(yīng)器為其中在光能的存在下發(fā)生生物相互作用的系統(tǒng)，所述生物相互作用設(shè)法通過控制培養(yǎng)條件來控制。在其中，為了由光合微生物、光、二氧化碳氣體和最小量的礦質(zhì)元素產(chǎn)生植物生物質(zhì)，發(fā)生生物化學(xué)光合反應(yīng)。在光合進程期間，產(chǎn)生大部分有機成分(碳水化合物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì))。在太陽輻射下光合的微藻類使得可在水產(chǎn)養(yǎng)殖中產(chǎn)生生物質(zhì)，其組成取決于所選擇的物種(species)，且在能量值方面根據(jù)估計其可達到土地植物的二十至一百倍。存在分為不同種的幾千個屬的微藻類，其一些代表潛在地提供可用作生物燃料或用于化妝品、制藥或甚至食品加工領(lǐng)域的化合物的廣泛族群。一些物種富含脂質(zhì)；可從其中提取油(甘油三酯)，或多或少直接地產(chǎn)生生物燃料。殘余物因此可以例如通過發(fā)酵而利用，產(chǎn)生生物乙醇。富含脂質(zhì)的微藻類因此成為與油田的衰竭和用可再生材料替代化石來源的起始材料有關(guān)的能源問題的技術(shù)解決方案。此外，通過用來源于例如污染工業(yè)例如燒燃料的發(fā)電廠的(X)2噴射促進藻類的生產(chǎn)，由此避免該溫室效應(yīng)氣體的直接排放。微藻類還構(gòu)成由需要大的可種植土地面積的植物作物(例如油菜籽、甜菜根、小麥)獲得生物燃料的替代方案。根據(jù)美國科學(xué)家所說，一些微藻類每公頃將能夠合成的油為用于生產(chǎn)生物燃料的陸生植物的30倍。另外，使用該起始材料作為生物燃料來源避免作為使用陸生植物特點的季節(jié)性和供給的問題?；旧嫌傻鞍踪|(zhì)組成的一些物種具有優(yōu)良的食品先例，因為它們富含維生素、多不飽和脂肪酸和微量元素。通過使用藻類提取物，它們在農(nóng)業(yè)和園藝方面得到應(yīng)用，所述藻類提取物不僅起到肥料的作用，而且起到作物促進劑和保護劑的作用。其它物種代表可用于健康領(lǐng)域、用于由具有生物或治療活性的物質(zhì)提取物合成藥物或生物化妝品、以及通過顏料、天然染料或膠凝劑的提取和生產(chǎn)用于食品加工工業(yè)的生產(chǎn)潛力。微藻類可構(gòu)成難于通過化學(xué)合成獲得的分子的潛在來源。微藻類可直接涉及到新的且可再生的能源的生產(chǎn)，特別是生物燃料例如氫氣的生產(chǎn)。一些物種可以在存在的氫化酶型酶的作用下產(chǎn)生氫氣。微藻類的培養(yǎng)提供廢水(城市、工業(yè)或農(nóng)業(yè)廢水)處理的有利的替代方案。其允許與潛在可利用的生物質(zhì)的生產(chǎn)聯(lián)合的三級生物處理。作為凈化劑，微藻類起到多種作用， 例如同時消除營養(yǎng)鹽(nh4+、NO3_、PO43_)，通過產(chǎn)生氧氣(所述氧氣被細菌使用以降解殘留的有機化合物)凈化二次排出物，或減少二次排出物中包含的致病微生物的存活的殺菌作用。該技術(shù)具有基于自然生態(tài)系統(tǒng)原則的優(yōu)點并因此對環(huán)境沒有危害。微藻類的生長可在開放的或在溫室下的太陽罐(池，solar tank)的表面處進行， 其構(gòu)成有限投入的光生物反應(yīng)器。但是，該技術(shù)限于使用可承受溫度變化或陽光或病毒的堅固(robust)物種。由所得生物質(zhì)生產(chǎn)生物柴油還未證明與石油產(chǎn)品相比是經(jīng)濟上競爭性的。為了更穩(wěn)定或更密集的生產(chǎn)，使用具有透明壁的封閉的太陽光生物反應(yīng)器。該裝置通常具有平坦幾何形態(tài)(平的光生物反應(yīng)器)或圓筒形幾何形態(tài)(管狀光生物反應(yīng)器)。例如，也可使用具有更特殊幾何形態(tài)例如“H”形或“I”形中空異形元件型結(jié)構(gòu)的光生物反應(yīng)器。平的光生物反應(yīng)器由兩個透明的平行面板組成，所述面板具有變化的表面積，且其間存在幾厘米深的薄的培養(yǎng)物層。管狀光生物反應(yīng)器由一個或多個透明管組成，所述管具有變化的直徑和長度、不同的構(gòu)造，且其中可循環(huán)培養(yǎng)物。存在許多構(gòu)型變化-寬的垂直管，形成柱，-兩個不同直徑的管，布置為一個在另一個中，形成環(huán)形室，-放置在地面上且具有中等直徑但是具有長的長度的管，以卷的形式布置，-具有小直徑和長的長度的管，圍繞柱螺旋盤繞，-具有小直徑的若干管，并行且垂直地布置。除了為所有生物反應(yīng)器所共有的通常需求之外，光生物反應(yīng)器的特殊性源于為待培養(yǎng)的微生物特別是微藻類供給光子能的需求，該供給對于實施光合作用是不可缺少的。 從技術(shù)觀點來看，該系統(tǒng)的室因此必須是透明的并被設(shè)計為微藻類供給充足的光強度。為了滿足該需求，光生物反應(yīng)器通常由在可見范圍中具有高透明度的材料例如玻璃或聚碳酸酯(PC)制成。但是，使用玻璃(其另外必須是高純度的)具有若干缺點其是重的、昂貴的、剛性的材料，其容易破裂并且難以機械加工。玻璃還顯示不如甲基丙烯酸類聚合物例如PMMA好的光散射。其使用限制反應(yīng)器的幾何形態(tài)的選擇難以制造環(huán)路或卷形式的布置，通過管道或連接器彼此連接的管是泄漏源；由于在其壁上形成生物膜，為了保持光的恰當通路，必須非常頻繁地清潔反應(yīng)器。在長的管長度、在地面上的小表面積和光至培養(yǎng)基的可達性之間的優(yōu)化證明是困難的。聚碳酸酯是隨著時間不是非常耐UV的產(chǎn)品，并且其光透射低于PMMA。另外，對于需要大厚度的壁的光生物反應(yīng)器，PC變得非常脆。最后，PC具有低的對于洗滌產(chǎn)品例如鹽酸、漂白劑和臭氧的耐化學(xué)性。反應(yīng)器的幾何形態(tài)應(yīng)盡可能有利于高的照射表面積對培養(yǎng)物體積比，而同時限制地表面積和保持適于所需生物質(zhì)濃度的目標和培養(yǎng)的微生物的生理需要。還尋求流體動力學(xué)/調(diào)節(jié)平衡以確保充分的混合和控制例如CO2消耗、釋放的氧氣或溫度的參數(shù)。在任何情況下，應(yīng)優(yōu)化對光的通路，使得實際可用的光在培養(yǎng)物內(nèi)是大量的和均勻的。使用各種變型，例如傾斜平的反應(yīng)器以改善太陽輻照度的利用，將反應(yīng)器放置在反射面上以通過反射增加輻射入射，在培養(yǎng)基中心處的管中具有人造光源等。光生物反應(yīng)器產(chǎn)生許多公開物；例如以下文獻描述用于使用微生物實施光合反應(yīng)的各種構(gòu)型EP 112 556 ；EP 239 272 ；WO 99/20736 ；WO 00/12673 ；WO 00/23562 ；FR 2 907 311 ；WO 07/025145 ；WO 08/040828 ；US2005/064577。關(guān)于用來制造用于微生物光合作用的培養(yǎng)物區(qū)域或反應(yīng)管或室的透明材料的性質(zhì)，現(xiàn)有技術(shù)提出各種材料，包括塑料例如聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚(丙烯酸甲酯) (PMA)、甲基丙烯酸類聚合物如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、醋酸丁酸纖維素(CAB)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)， 或非塑性材料例如玻璃。本發(fā)明的目的是提出能夠替代玻璃或聚碳酸酯用于在光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)光敏有機體的透明材料，其使得可避免上述技術(shù)問題和當前使用玻璃或聚碳酸酯遇到的缺點， 且使得可改善其效率和其壽命。反應(yīng)器的效率全部是更高的，因為制造其的材料將允許光通過并且光散射隨著時間仍然保持為高的。另外，在清潔操作期間，必須避免劃傷反應(yīng)器表面及確保反應(yīng)器不由于洗滌產(chǎn)品對材料的化學(xué)侵蝕而開裂或破裂。本發(fā)明的目的是提供輕的且可容易運輸?shù)臒崴苄运芰?，其在可見范圍GOO至 800nm)中是透明的，其隨著時間是耐久的(特別是在長時間暴露于陽光或濕氣下)，其具有高機械強度和良好的對于洗滌產(chǎn)品的耐化學(xué)性，和其可轉(zhuǎn)變成各種形式，所述形式特別是柔性和可連接的。已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，PMMA型的甲基丙烯酸類聚合物使得可將對于塑料PC、ΡΕ、PVC 和PET以及玻璃的最好的性能指標與上述方面、特別是以下各方面聯(lián)合透明度，在外界暴露方面的耐久性、抗劃傷性、耐化學(xué)性、重量和成本。本發(fā)明的目的還為提供用于構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體的各種幾何形態(tài)和構(gòu)型的裝置的透明膜、板、異形元件或管。更確切地，本發(fā)明的主題為基于至少一種甲基丙烯酸類聚合物的透明組合物在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體例如光合細菌、微藻類或微生物、或浮游生物的裝置中的用途。本發(fā)明特征在于甲基丙烯酸類聚合物為PMMA-甲基丙烯酸甲酯MMA的均聚物或包括至少50重量％的MMA的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的共聚物。該共聚物由MMA和至少一種能與MMA共聚的共聚單體得到。優(yōu)選，該共聚物分別地包括70至99. 9重量％、有利地90至 99. 9重量％、優(yōu)選95至99. 9重量％的MMA和0. 1至30重量％、有利地0. 1至10重量％、 優(yōu)選0. 1至5重量％的共聚單體。優(yōu)選，能與MMA共聚的共聚單體為(甲基)丙烯酸類單體或乙烯基芳族單體例如苯乙烯或取代的苯乙烯。該共聚單體可例如選自以下列表 式CH2 = CH-C( = 0)-0- 的丙烯酸類單體，其中R1表示氫原子或任選用鹵素原子或羥基、烷氧基、氰基、氨基或環(huán)氧基取代的線型、環(huán)狀或支化Wc1-C4tl烷基，例如丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸羥烷基酯或丙烯腈； 式CH2 = C(CH3) -C( = 0) -O-R2的甲基丙烯酸類單體，其中&表示氫原子或任選用鹵素原子或羥基、烷氧基、氰基、氨基或環(huán)氧基取代的線型、環(huán)狀或支化WC2-C4tl烷基，例如甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸羥烷基酯或甲基丙烯腈；·乙烯基芳族單體，例如苯乙烯、取代的苯乙烯、α -甲基苯乙烯、單氯苯乙烯或叔丁基苯乙烯。該共聚單體也可為交聯(lián)劑，即能夠經(jīng)由自由基機理與MMA聚合的具有至少兩個烯屬不飽和度的分子或低聚物。交聯(lián)劑可為雙官能的。其可例如為二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸己二醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸二甘醇酯、二(甲基)丙烯酸三甘醇酯、二(甲基)丙烯酸二丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸烯丙酯或二乙烯基苯二(甲基)丙烯酸酯。交聯(lián)劑也可為三官能的。其可例如為三(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯。交聯(lián)劑也可為四官能的例如四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯，或六官能的例如六(甲基)丙烯酸二季戊四醇酯。優(yōu)選，共聚單體為(甲基)丙烯酸烷基酯，特別是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯。PMMA可有利地為MMA與丙烯酸和/或甲基丙烯酸的共聚物。與不含所述丙烯酸和 /或甲基丙烯酸的PMMA相比，該類型的PMMA提供熱機耐受性以及改善的抗劃傷性。PMMA顯示優(yōu)于其它透明聚合物和玻璃的光透射特性，如下表所示
權(quán)利要求
1.基于至少一種甲基丙烯酸類聚合物的透明組合物在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體例如光合細菌、微藻類或微生物、或浮游生物的裝置中的用途，特征在于所述甲基丙烯酸類聚合物為具有90000g/mol至170000g/mol的重均分子量(PMMA標準物)的PMMA-甲基丙烯酸甲酯MMA的均聚物或包括至少50重量％的MMA的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的共聚物。
2.權(quán)利要求1的用途，特征在于該組合物包括至少一種防污和/或抗靜電添加劑。
3.權(quán)利要求2的用途，特征在于該添加劑為包括聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的共聚物，其以相對于全部組合物的3重量％至15重量％的含量存在。
4.權(quán)利要求2的用途，特征在于該添加劑為選自如下的含氟聚合物偏氟乙烯(VDF) 的均聚物和含有至少50重量％的VDF的偏氟乙烯(VDF)的共聚物；四氟乙烯和乙烯的共聚物(ETFE)；三氟乙烯(VF3)的均聚物和共聚物；將VDF和四氟乙烯組合的共聚物(EFEP)； 將三氟氯乙烯(CTFE)、四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)和/或乙烯單元、及任選的VDF和 /或VF3單元的殘基組合的共聚物且特別是三元共聚物，所述含氟聚合物以相對于全部組合物的5至60重量％的含量存在。
5.權(quán)利要求4的用途，特征在于所述含氟聚合物為PVDF均聚物或含有至少75%的VDF 的共聚物。
6.在前權(quán)利要求任一項的用途，特征在于該組合物為膜、板、異形元件或圓筒如管的形式。
7.多層結(jié)構(gòu)體，至少包括-一個至少一種甲基丙烯酸類聚合物的層，-一個包括至少一種防污添加劑的層，其可與培養(yǎng)基接觸，所述層布置為一個在另一個上。
8.權(quán)利要求7的多層結(jié)構(gòu)體，特征在于所述可與培養(yǎng)基接觸的層由防污甲基丙烯酸類聚合物組成，或由選自含氟聚合物的防污聚合物組成，所述防污甲基丙烯酸類聚合物定義為已向其添加至少一種選自包括聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的共聚物或含氟聚合物的防污添加劑的甲基丙烯酸類聚合物。
9.權(quán)利要求7或8的多層結(jié)構(gòu)體，按以下順序至少包括-一個包括至少一種抗靜電添加劑的層，其可與空氣或外界環(huán)境接觸，-一個至少一種甲基丙烯酸類聚合物的層，-一個包括至少一種防污添加劑的層，其可與培養(yǎng)基接觸。
10.權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)體，特征在于所述與空氣或外界環(huán)境接觸的層由抗靜電甲基丙烯酸類聚合物組成，所述抗靜電甲基丙烯酸類聚合物定義為已向其添加5至10%的選自包括聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的共聚物的抗靜電添加劑的甲基丙烯酸類聚合物。
11.權(quán)利要求7至10任一項的多層結(jié)構(gòu)體，特征在于其為管、異形元件或板的形式。
12.權(quán)利要求11的多層管，特征在于其具有2至IOOcm的直徑和1至50m的長度。
13.權(quán)利要求11的多層板，特征在于其具有1至IOOmm的厚度。
14.權(quán)利要求7至10之一的多層結(jié)構(gòu)體、或權(quán)利要求12的多層管、或權(quán)利要求13的板在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體例如光合細菌、微藻類或微生物、或浮游生物的裝置中的用途。
15.用于培養(yǎng)光敏有機體的裝置，包括基于至少一種甲基丙烯酸類聚合物的透明的膜、 板或管，該甲基丙烯酸類聚合物為具有90000g/mol至170000g/mol的重均分子量(PMMA標準物)的PMMA-甲基丙烯酸甲酯MMA的均聚物或包括至少50重量％的MMA的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的共聚物。
全文摘要
本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，和具體地涉及基于至少一種甲基丙烯酸類聚合物的透明組合物在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體的裝置中的用途。該組合物可為膜、板、異形元件或圓筒如管的形式。本發(fā)明還涉及包括至少一個甲基丙烯酸類聚合物的層和包括至少一種防污添加劑的層的透明多層結(jié)構(gòu)體，以及涉及其在構(gòu)造用于培養(yǎng)光敏有機體的裝置中的用途。
文檔編號C08J7/04GK102361967SQ201080012742
公開日2012年2月22日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者J.伯格, J-M.鮑蒂里爾, P.德爾普拉特 申請人:阿克馬法國公司