可降解高分子材料的研究現(xiàn)狀

1、 高分子材料，早在1932年高分子學(xué)科出現(xiàn),1935年合成尼龍66。高分子材料給人們的生活帶來(lái)便利。高分子材料具有很多其它材料不具備的優(yōu)異性能,在尖端技術(shù)、國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,是現(xiàn)代科技和生活不可缺少、不可替代的重要材料,其生產(chǎn)和消費(fèi)一直保持很旺的勢(shì)頭。21世紀(jì)更是高分子材料高速發(fā)展和充分利用的新世紀(jì),但是大多數(shù)高分子材料在自然環(huán)境中不能很快降解,日益增多的廢棄高分子材料已成為城市垃圾的重要來(lái)源。產(chǎn)生的白色污染已嚴(yán)重影響人類(lèi)生存環(huán)境,如消耗大量的天然資源；造成環(huán)境污染。高分子材料使用廢棄后如何處理，往往都是焚燒，會(huì)產(chǎn)生有害氣體，造成二次污染。填埋會(huì)占用大量土地，造成土壤劣

2、化?；厥赵倮秒y度大、成本高。這已成為全球性的問(wèn)題。因此研究和開(kāi)發(fā)可降解高分子材料是非常有意義的。研究背景所以，既要保證人們的生活品質(zhì)又要減少環(huán)境污染，人們必須從源頭做起，大力開(kāi)發(fā)和推廣環(huán)境可降解高分子原料，這是治標(biāo)治本的好方法，符合當(dāng)今高分子材料綠色化的潮流。高分子材料的降解性指高分子材料在一定的條件下會(huì)自分解、消失，原因是高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著的變化造成某些性能下降，能被生物體侵蝕或代謝而降解的過(guò)程。高分子材料的表面被微生物粘附在微生物分泌的酶的作用下，高子斷裂成相對(duì)小的分子碎片。微生物吸收或消耗碎片，經(jīng)代謝最終形成二氧化碳和水等。生物降解高分子的分類(lèi)完全生物降解高分子在微生物作用下

3、，在一定時(shí)間里完全分解成二氧化碳和水的化合物。生物破壞性高分子在微生物的作用下，高分子僅能被分解為散亂碎片。高分子降解是組成化合物的大分子鏈斷裂的反應(yīng)。 聚合物在于氧、水、射線、熱、光、化學(xué)試劑、污染物質(zhì)、機(jī)械力及生物等組成條件的影響下的降解過(guò)程稱(chēng)為環(huán)境降解。從機(jī)理上降解因素可歸納為生物、光、化學(xué)降解,其中最具應(yīng)用前景的是光降解與生物降解。123生物降解高分子材料光降解高分子材料光生物雙降解高分子材料按照降解機(jī)理一、生物降解高分子材料一、生物降解高分子材料 對(duì)自然形成高分子來(lái)講,我們對(duì)生物降解高分子是非常熟悉的,我們知道生命體不僅能合成多種高分子(例如:蛋白質(zhì)、多糖等),而且也能分解它們,但是

4、隨著人工合成高分子的出現(xiàn),問(wèn)題隨之而來(lái),這些人工合成的高分子不能為生物所降解,而且自身分解極慢,它大大危害著我們的生存環(huán)境。于是人工合成降解高分子應(yīng)運(yùn)而出。降解的效果評(píng)價(jià) 生物降解過(guò)程中塑料質(zhì)量的減少量；生物降解過(guò)程中氧的消耗量；生物降解過(guò)程中二氧化碳的生成量；生物降解生成物的積存量。二、二、光降解高分子材料在制備塑料時(shí),向塑料基體中加入光敏劑,在光照條件下就可誘發(fā)光降解反應(yīng)，此類(lèi)塑料稱(chēng)為光降解塑料。光降解引發(fā)劑有很多種,可以是過(guò)渡金屬的各種化合物,如:鹵化物、乙?；猁}、二硫代氨基甲酸鹽、脂肪酸鹽、羥基化合物、多核芳香族化合物、酯(例如:磷酸酯),以及其它一些聚合物。引發(fā)劑可以在擠出吹膜

5、或擠出前混合于高聚物中,也可以以印墨形式涂于薄膜表面。這種方法以簡(jiǎn)單的方式制得具有不同使用期限的降解膜,頗具應(yīng)用價(jià)值。除了以上光降解高分子以外,還有一類(lèi)重要的合成光降解高分子,其制備方法是通過(guò)共聚反應(yīng)在高分子鏈上引入羰基型感光基團(tuán)而賦予光降解特性,光降解活性的控制是依靠改變羰基基團(tuán)含量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)化的有乙烯2乙烯酮共聚物和乙烯2CO共聚物。 改變Ni、Co等穩(wěn)定二硫代氨基甲酸鹽或Fe、Cu等二硫代氨基甲酸鹽的比例就可以得到不同壽命的降解高分子材料。此外聯(lián)二茂鐵也可以引發(fā)光降解反應(yīng),該薄膜的降解速度與光敏劑含量有關(guān),在自然條件下測(cè)試得出光敏劑含量與薄膜降解速度的曲線,然后可以根據(jù)該材料的使用期

6、限選擇適當(dāng)?shù)挠昧俊?三、光生物雙降解高分子材料 光生物降解高分子材料由于具有光、生物雙降解功能,所以成為目前的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一。將光敏劑體系的光降解機(jī)理與淀粉的生物降解機(jī)理結(jié)合起來(lái),一方面可以加速降解,另一方面可以利用光敏劑體系可調(diào)的特性達(dá)到人為控制降解的目的。光降解和生物降解的結(jié)合不僅使材料的降解可控性提高,同時(shí)還克服了單純光降解材料在陽(yáng)光不足或非光照條件下難降解的問(wèn)題,也克服了單純淀粉塑料在非微生物環(huán)境條件下難降解的問(wèn)題。國(guó)際市場(chǎng)上成熟的產(chǎn)品有美國(guó)Ampact和加拿大St.Lawrance公司的Ewster母料。四、降解高分子的應(yīng)用、當(dāng)前存在的問(wèn)題及發(fā)展前景光降解高分子的使用在某種程度上可以消

7、除或減少塑料尤其農(nóng)膜的白色污染,但光降解高分子一受光照就立即發(fā)生光降解反應(yīng),此外光照不到高分子就不分解,在農(nóng)田中保留會(huì)影響植物的發(fā)育和生長(zhǎng); 其次大量光降解添加劑是否影響土質(zhì)或被農(nóng)植物吸收,還有待于進(jìn)一步考證。 生物破壞性高分子主要是在通用高分子材料中添加淀粉或生物降解劑。這些材料在淀粉降解完后,會(huì)形成多孔性材料或碎片,這雖然大大增加高分子的表面積,使微生物侵蝕高分子的可能性大大增加,但散開(kāi)的高分子往往是不能完全被微生物所分解。全生物降解高分子材料將是發(fā)展的主方向。圖為北美3種不同降解高分子材料的增長(zhǎng)情況目前降解高分子材料的發(fā)展面臨著問(wèn)題:1) 價(jià)格高,較難推廣應(yīng)用,目前生物降解高分子材料的價(jià)格是通用高分子材料的215倍。此外還存在降解高分子材料的降解性控制及特殊性能要求等問(wèn)題;2) 降解材料與一般材料有區(qū)別,高溫下加工不穩(wěn)定,有水存在易水解,其加工性、降解性表征等方面需加強(qiáng)研究;3) 降解材料的用后處理,需健全堆肥設(shè)施,以促進(jìn)生物降解材