可降解高分子塑料的發(fā)展與應(yīng)用
發(fā)布時間 : 2018-07-26 瀏覽次數(shù) : 次可降解塑料是一類新型的帶降解功能的高分子材料，在使用過程中，它與同類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，且隨時間的推移進一步降解成為 終氧化產(chǎn)物（CO2 和水），終回歸自然?；谒芰蠌U物對環(huán)境的污染，以及環(huán)保呼聲和人類需求，研究可降解高分子材料是當(dāng)務(wù)之急。在特定的時間內(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)生變化的原因來分類，可降解塑料可分為生物降解塑料和光降解塑料兩大類。
1.可降解塑料的降解機理
一般認(rèn)為，可降解塑料是指一種通過土壤中微生物作用或太陽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太陽光對聚合物材料作用的實質(zhì)是太陽光中的紫外光和空氣中氧的綜合效應(yīng)，因此也稱為光氧化降解。以聚烯烴為例解釋光氧化降解的機理，光氧化對于聚合物的作用實質(zhì)是引起聚合物的斷鏈或交聯(lián)，并在此過程中伴隨形成了一些含氧官能團，如羧酸、過氧化物、酮和醇。聚合物中催化劑殘留物以及加工過程中引入的過氧化物和羧基的引發(fā)作用是其降解的主要來源。
聚合物在微生物(主要指真菌、細(xì)菌或藻類等) 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，促使聚合物分解、電離或質(zhì)子化，這種物理作用對聚合物造成了機械性的破壞，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，可以降低降解 初階段的侵蝕率，這是由于在降解原始過程中，PLA 的侵蝕主要依賴于分子鏈末端結(jié)構(gòu)，增加了疏水基團，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)及其材料的相對分子質(zhì)量對其降解效果也起著重要的作用。
2．生物降解塑料的發(fā)展
未來生物降解塑料的發(fā)展方向可有以下幾點：
通過對可降解的聚合物生物降解機理的研究而制取生物降解塑料，同時對其與現(xiàn)有普通聚合物、微生物類聚合物、天然高分子等的嵌段共聚進行研究開發(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)解析其合成機理，同時通過現(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，開發(fā)高效的降解促進劑、穩(wěn)定劑以提高降解塑料的生物降解性能，降低其成本，并拓寬市場應(yīng)用。
研究和建立統(tǒng)一的降解塑料的定義，充實、完善生物降解的評價方法，進一步搞清降解機理。
