可控降解高分子材料的研制

可控降解高分子材料的研制

1可降解高分子材料的研究處理塑料引起的白色污染是當(dāng)務(wù)之急的。國(guó)外目前主要采取回收再利用、循環(huán)使用、焚燒等方法,對(duì)不能集中回收的,采用降解高分子材料代用。據(jù)介紹,可控降解高分子材料的研制,已成為20世紀(jì)90年代世界矚目的重大課題之一。美國(guó)Ethicon公司、英國(guó)ICI公司、日本第一工業(yè)制藥公司、德國(guó)Keifenbauser公司等都在從事這一課題的研究工作,日本通產(chǎn)省已投資1億美元,實(shí)施為期7年的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。在我國(guó),近年來(lái)也有一些單位著手研究可降解高分子材料如長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所、上海有機(jī)所、吉林塑料所等,他們現(xiàn)階段所研制的可降解高分子材料,主要是以PE、PVA、PVC為基材的包裝材料和地膜材料,目前還未見(jiàn)有可控降解纖維與其制品信息報(bào)道。上海市紡織科學(xué)研究院研究采用共混改性法,使纖維及其制品具有良好的可控光-生物雙降解性能。這種改性纖維的物理機(jī)械性能、保存性均較好,且對(duì)皮膚無(wú)毒副作用,可廣泛用于衛(wèi)生用品、地膜等一次性產(chǎn)品。2采用添加型可控降解高分子材料的研制有兩種方法,即添加型和合成型。為了縮短工藝流程,降低成本,我們采用添加型。其工藝流程如下:PP切片+改性PP母?！徑z→可降解非織造布→衛(wèi)生巾、失禁墊、手術(shù)服等。3hoo-不象過(guò)氧化物特性在生物降解起始階段的水解過(guò)程中,非晶相引起晶相破壞的非生物化水解是重要的。生物降解的引發(fā)機(jī)理是產(chǎn)生O2-而發(fā)生的氧化反應(yīng),O2-是一種可溶于水且反應(yīng)活性相當(dāng)?shù)偷难趸瘎?它能迅速擴(kuò)散到水性介質(zhì)中,在聚合物表面能很容易地與活潑氫反應(yīng)生成更富反應(yīng)性的過(guò)氧化氫自由基HOO-。HOO-不象過(guò)氧化物,它是一可溶于碳?xì)浠衔锴夷軘U(kuò)散到聚合物內(nèi)的物質(zhì),在聚合物中它與聚合物結(jié)構(gòu)上的活潑氫進(jìn)一步反應(yīng)生成過(guò)氧化氫H2O2,反應(yīng)產(chǎn)物與過(guò)渡金屬具有很高的反應(yīng)性,且能發(fā)生光解反應(yīng)生成氫氧自由基HO-。HO-自身是一種高效的氧化反應(yīng)引發(fā)劑,“孔雀尾”狀的自由基及由其引發(fā)產(chǎn)生的物質(zhì)在由表面擴(kuò)散而入的氧的參與下,引起一系列氧化連鎖反應(yīng),生成過(guò)氧化物,這些過(guò)氧化物是導(dǎo)致高聚物分子量降低及可被生物吸收羧酸形成的最終原因。值得注意的是,雖然過(guò)氧化物可能由生物化反應(yīng)產(chǎn)生,但并非完全如此。Lemaire教授在其論文中指出,聚烯烴生物降解的起始階段完全是非生物化的,它極大程度上依賴(lài)于過(guò)渡金屬和紫外線的存在。過(guò)渡金屬和紫外光均是烷氧基及氫氧自由基形成的強(qiáng)催化劑。反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生在聚合物表面,隨著聚合物分子量降低,逐漸侵入聚合物本體。聚合物表面在水性介質(zhì)中膨脹,低分子量羧酸被微生物除去。4產(chǎn)品性能4.1物理機(jī)械性能在室內(nèi)一般情況下的測(cè)試結(jié)果由于產(chǎn)品從生產(chǎn)、流通,直到最終客戶(hù)手中需要一定時(shí)間,即便在最終客戶(hù)手中,也可能會(huì)存放一定時(shí)間,所以產(chǎn)品在這段時(shí)間內(nèi)其物理機(jī)械性能不應(yīng)發(fā)生太大變化。鑒于此,我們測(cè)定了相關(guān)產(chǎn)品在室內(nèi)一般情況下保存一段時(shí)間后的物理機(jī)械性能變化。由表1可知,兩種產(chǎn)品在保存16個(gè)月時(shí),其縱向拉伸斷裂強(qiáng)力損失不大,但橫向拉伸強(qiáng)力則均降低,尤其是2#產(chǎn)品。由此可見(jiàn),添加劑含量對(duì)產(chǎn)品的存放性有一定影響,改性添加劑含量越大,產(chǎn)品存放性越差,適當(dāng)選擇添加劑含量,則此類(lèi)產(chǎn)品可長(zhǎng)期存放。4.2可降解性研究產(chǎn)品的降解性又可分為幾個(gè)方面:(1)產(chǎn)品的可降解性;(2)產(chǎn)品降解的可控性;(3)產(chǎn)品的降解程度。通過(guò)適當(dāng)選取改性添加劑,我們獲得了具有很好可降解性的聚丙烯纖維及其制品。對(duì)于產(chǎn)品降解的可控性,主要是指某類(lèi)產(chǎn)品在使用后能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)降解到規(guī)定要求,其中也包括產(chǎn)品在存放過(guò)程及使用過(guò)程中的降解性,理論要求在這兩個(gè)過(guò)程中降解程度越小越好,最低限度應(yīng)不致影響產(chǎn)品的正常使用。由前面的存放性研究可知,這類(lèi)產(chǎn)品的存放性良好,又因這類(lèi)產(chǎn)品系“用即棄”產(chǎn)品,故其使用時(shí)間較短,所以,一般情況下這兩個(gè)過(guò)程的降解能滿足要求,對(duì)于降解可控性研究只須放在產(chǎn)品使用后的處理過(guò)程。影響這一過(guò)程降解可控性的主要因素有添加劑含量、處理過(guò)程中的溫度、濕度、有氧狀況等因素,我們則主要研究添加劑含量與降解可控性的關(guān)系。關(guān)于產(chǎn)品的降解程度,由前面的降解機(jī)理分析可知,產(chǎn)品經(jīng)光、熱氧化及生物降解等,最終成為可被自然界吸收的二氧化碳和水。目前,我們研究產(chǎn)品的降解性能主要以產(chǎn)品可降解為能被自然界吸收的粉末為準(zhǔn),所采用的測(cè)試產(chǎn)品降解性能的方法有自然曝曬法、紫外照曬法和土埋法。由表2、表3可知,25g/m2紡粘布具有很好的可控降解性,1#、2#兩種非織造布在60天內(nèi)均可降解成為可被自然界消吸的粉末,但因2#中所含添加劑量較1#稍多一些,所以2#降解稍快一些,但最終降解結(jié)果差不多。由于不同產(chǎn)品要求的降解速度不同,所以根據(jù)特殊要求可生產(chǎn)不同添加劑含量的產(chǎn)品。表4是可控PP纖維的降解情況,由表4可知,在紫外照射下,空白試樣拉伸斷裂強(qiáng)力及伸長(zhǎng)有所降低,且其化學(xué)結(jié)構(gòu)有所變化,但這幾方面的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PDS-122所發(fā)生的變化,因此,改性纖維PDS-122具有很好的可降解性。所研制的可控降解PP纖維及其制品具有很好的可紡性、存放性和可控降解性,又因所用添加劑無(wú)毒性,且聚丙烯本身也無(wú)毒性,故所得產(chǎn)品也無(wú)毒性。所得改性產(chǎn)品在使用期內(nèi)具有與普通纖維及其制品類(lèi)似的特性和功能,使用功能完成后,在自然環(huán)境下,可自行迅速光氧化和生物降解,沒(méi)有任何污染。5醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域的用途可控降解纖維及其制品主要用做“用即棄”產(chǎn)品,這類(lèi)產(chǎn)品涉及醫(yī)療衛(wèi)生、包裝材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,其具體用途包括:醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的手術(shù)服、隔離服、醫(yī)用床單及床罩、尿布、衛(wèi)生巾包布、失禁墊、衛(wèi)生短褲、口罩等,包裝材料如茶葉袋、垃圾袋等,農(nóng)業(yè)方面的草籽布、育秧布等。6聚丙烯纖維在纖維原料加工中的應(yīng)用用添加型可控降解劑共混改性法制得的改性可控光-生物雙降解聚丙烯纖維及其制品具有很好的可紡性、可控降解性、存放性、無(wú)毒性,它