四种细菌降解商业聚氨酯薄膜的降解行为及其对热力学与机械性能影响的研究

这篇综述系统研究了四种细菌（Anerinibacillus migulanus、Bacillus subtilis、Pseudomonas fluorescens和Streptomyces violaceoruber）对商业聚氨酯（PU）薄膜的降解行为。通过扫描电镜（SEM）、接触角测量、热分析和力学测试等多维手段，证实细菌通过酶解作用（如酯酶、聚氨酯酶）破坏PU的碳链结构，导致表面裂纹、亲水性增强（水接触角降低48%）及质量损失（最高2.12%）。研究为商业PU的生物回收提供了新见解，填补了添加剂存在下实际应用场景的降解机制空白。

　　

引言

聚氨酯（PU）作为全球塑料市场占比7.9%的重要材料，广泛应用于泡沫、涂料等领域，但其稳定性导致环境累积问题。传统机械回收率仅8.9%，生物降解成为新兴研究方向。本研究聚焦四种产酶细菌（A. migulanus、B. subtilis、P. fluorescens和S. violaceoruber）对商业PU薄膜的降解机制，填补了含添加剂PU实际降解的研究空白。

材料与方法

实验选用德国DSMZ菌种库的标准菌株，以Covestro AG提供的聚酯型PU薄膜为底物。通过最小培养基（含1 g/L葡萄糖）培养28天，采用SEM观察表面形貌，FTIR分析化学键变化，接触角仪测定表面能，并结合差示扫描量热法（DSC）和热机械分析（TMA）评估热力学与机械性能。

结果与讨论

细菌生长与pH变化：S. violaceoruber在14天内pH从7.0骤降至4.5，表明酸性代谢物积累；而A. migulanus后期pH回升至8.0，提示碱性代谢转换。

质量损失与表面形貌：A. migulanus导致最高质量损失（2.12%），SEM显示28天后表面出现裂纹和细菌印痕（图4）。B. subtilis使水接触角降低48%，极性表面能增加20.9 mN/m，表明亲水性显著提升。

化学键变化：FTIR显示950 cm^?1处C-H弯曲峰消失（图5c），证实碳链断裂；2930 cm^?1处CH₂峰增强，反映脂肪链降解。

机械与热力学性能：TMA显示弹性模量下降（如A. migulanus处理组从48.6 MPa降至44.4 MPa），但拉伸强度不变，表明非晶区优先降解。DSC检测到T_g上升（S. violaceoruber组提高4.6°C），印证结晶区保留（表2）。

结论

研究证实细菌通过“锁钥机制”靶向降解PU的酯键和氨酯键，其中B. subtilis对表面改性最显著，而A. migulanus质量损失最高。添加剂的存在可能抑制降解效率，未来需优化菌群协同或酶预处理策略。该成果为PU的生物循环经济提供了实验基础。