可降解高分子塑料的發(fā)展與應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間 : 2018-07-26 瀏覽次數(shù) : 次可降解塑料是一類(lèi)新型的帶降解功能的高分子材料，在使用過(guò)程中,，它與同類(lèi)的普通塑料具有相應(yīng)的衛(wèi)生性能和相近的應(yīng)用性能，而在其完成使用功能后,，這種材料能在自然環(huán)境條件下迅速地降解成為容易被環(huán)境消納的碎片或碎末，且隨時(shí)間的推移進(jìn)一步降解成為 終氧化產(chǎn)物（CO2 和水）,，終回歸自然,。基于塑料廢物對(duì)環(huán)境的污染,，以及環(huán)保呼聲和人類(lèi)需求,，研究可降解高分子材料是當(dāng)務(wù)之急。在特定的時(shí)間內(nèi)并且在一定的環(huán)境條件下,，可降解塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,，根據(jù)促使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的原因來(lái)分類(lèi)，可降解塑料可分為生物降解塑料和光降解塑料兩大類(lèi),。
1.可降解塑料的降解機(jī)理
一般認(rèn)為,，可降解塑料是指一種通過(guò)土壤中微生物作用或太陽(yáng)光輻射作用使其能分解成為小分子物的塑料。它必須在滿足了產(chǎn)品使用的要求性能及易加工性能的基礎(chǔ)上兼具有可降解性能,。生物降解和光降解塑料分類(lèi)太陽(yáng)光對(duì)聚合物材料作用的實(shí)質(zhì)是太陽(yáng)光中的紫外光和空氣中氧的綜合效應(yīng),，因此也稱(chēng)為光氧化降解。以聚烯烴為例解釋光氧化降解的機(jī)理,，光氧化對(duì)于聚合物的作用實(shí)質(zhì)是引起聚合物的斷鏈或交聯(lián),，并在此過(guò)程中伴隨形成了一些含氧官能團(tuán),，如羧酸、過(guò)氧化物,、酮和醇。聚合物中催化劑殘留物以及加工過(guò)程中引入的過(guò)氧化物和羧基的引發(fā)作用是其降解的主要來(lái)源,。
聚合物在微生物(主要指真菌,、細(xì)菌或藻類(lèi)等) 作用下，能被侵蝕或代謝而促使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,，導(dǎo)致分子量下降,，其作用機(jī)理主要分為兩種情況：
（1）生物物理作用。即塑料制品被微生物侵蝕后,，生物細(xì)胞發(fā)生增長(zhǎng),，促使聚合物分解、電離或質(zhì)子化,，這種物理作用對(duì)聚合物造成了機(jī)械性的破壞,，將高分子量的聚合物分裂成了低聚物碎片，從而達(dá)到了物理降解的目的,。
（2）生物化學(xué)作用—— 酶的直接作用,。此種情況是由于真菌或細(xì)菌分泌的酶的侵蝕，導(dǎo)致了塑料的分裂或氧化崩裂,，使非水溶性聚合物分裂或氧化降解成水溶性碎片,，生成新的小分子化物（CH4，CO2 和 H2O）直至終分解,。
普遍認(rèn)為導(dǎo)致生物降解的高分子材料的生物降解機(jī)理一般有兩種假設(shè)：一種是從分子主鏈中選擇性切斷,；另一種是從分子鏈末端侵入式切斷。因而材料其本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì),，如組成,、主側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、端基的大小,、空間位阻的有無(wú)是影響其降解性能的關(guān)鍵因素,。其中主鏈性能的影響較大，在聚合物的主鏈中如果含有易水解的鍵,，則很容易被生物降解,；其次如果主鏈的柔順性大，那么降解速率相對(duì)較快反之剛性大的主鏈,、排列有序,，則降解速率慢。聚合物材料的生物降解性會(huì)因支化和交聯(lián)而降低,。例如在聚乳酸（PLA）分子鏈的末端引入疏水基團(tuán),，可以降低降解 初階段的侵蝕率,，這是由于在降解原始過(guò)程中，PLA 的侵蝕主要依賴(lài)于分子鏈末端結(jié)構(gòu),，增加了疏水基團(tuán),，導(dǎo)致其侵蝕率下降。另外,，一些科研人員研究了聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其材料的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其降解效果也起著重要的作用,。
2．生物降解塑料的發(fā)展
未來(lái)生物降解塑料的發(fā)展方向可有以下幾點(diǎn)：
通過(guò)對(duì)可降解的聚合物生物降解機(jī)理的研究而制取生物降解塑料，同時(shí)對(duì)其與現(xiàn)有普通聚合物,、微生物類(lèi)聚合物,、天然高分子等的嵌段共聚進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。
尋找能生產(chǎn)高分子塑料的微生物,，探尋新的高分子,，詳細(xì)解析其合成機(jī)理，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)有方法及基因工程的手段提高其生產(chǎn)性,，研究高效的培養(yǎng)微生物的方法,。
注重降解速度的控制研究，開(kāi)發(fā)高效的降解促進(jìn)劑,、穩(wěn)定劑以提高降解塑料的生物降解性能,，降低其成本，并拓寬市場(chǎng)應(yīng)用,。
研究和建立統(tǒng)一的降解塑料的定義,，充實(shí)、完善生物降解的評(píng)價(jià)方法,，進(jìn)一步搞清降解機(jī)理,。
