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1、可降解高分子材料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)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟各個領(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)和消費一直保持很旺的勢頭。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源,產(chǎn)生的白色污染已嚴(yán)重影響人類生存環(huán)境,這已成為全球性的問題。因此研究和開發(fā)可降解高分子材料是非常有意義的。高分子降解是指構(gòu)成聚合物的大分子鏈斷裂反應(yīng)。聚合物暴露于氧、水、射線、熱、光、化學(xué)試劑、污染物質(zhì)、機械力及生物(尤其是微生物)等環(huán)境
2、條件下的降解過程稱為環(huán)境降解。從機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?？山到飧叻肿硬牧习凑战到鈾C理可大致分為光降解高分子材料、生物降解高分子材料和光-生物雙降解高分子材料三大類。目前的重點研究方向是具有光生物雙降解特性的高分子材料和具有完全降解特性的完全生物降解高分子,這也是今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。1生物降解高分子就天然高分子而言,我們對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,但是隨著人工合成高分子的出現(xiàn),問題隨之而來,這些人工合成的高分子不能為生物所降解,而且自身分
3、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)運而出。1.1生物降解高分子的定義和降解性的表征方法以下為從學(xué)術(shù)角度和一般意義上對生物降解高分子的定義,但對降解的時限、降解的產(chǎn)物等實質(zhì)性問題均未作任何描述和定義,仍需進(jìn)一步完善。(a)學(xué)術(shù)上:生物降解高分子就是在一定環(huán)境條件下和一定時間內(nèi)由于微生物(例如:細(xì)菌、酵母等)的作用而發(fā)生降解反應(yīng)的高分子。(b)一般意義上:生物降解高分子是一類在自然環(huán)境條件下可為微生物作用而引起降解的高分子。高分子材料在一定的環(huán)境中降解一般要經(jīng)歷以下幾個降解階段(見圖2),各個階段有其獨特的特征,因而評價方法也不同[2]。常用的評價
4、方法有以下4種:(1)生物降解過程中塑料質(zhì)量的減少量;(2)生物降解過程中氧的消耗量;(3)生物降解過程中二氧化碳的生成量;(4)生物降解生成物的積存量。1.2生物降解高分子實例1.2.1添加型淀粉塑料和橡膠料(PE、PP、PS和PVC等)共混。淀粉含量一般為7%~15%,例如美國的Agrifech公司,加拿大St.Lawarnce公司產(chǎn)品均屬此類[5]。最近美國的Goodyear公司宣布試銷含有部分淀粉填料的輪胎,該填料可以降低輪胎的滾動阻力和輪胎的重量,還有利于環(huán)境保護(hù)。但是添加型淀粉塑料和橡膠的主要成分仍是石油基類聚合物(PE、PP、PS、PVC等),很快降解的部
5、分主要是淀粉,剩余的樹脂降解仍需幾百年。日本的大武義人等對LDPE的生物降解進(jìn)行了深入研究,指出60m的LDPE薄膜要達(dá)到完全生物降解需近300年。該類產(chǎn)品的價格高于傳統(tǒng)塑料,未降解的聚烯烴難于回收處理,對廢棄物的處理造成更大的麻煩和混亂,嚴(yán)格地講添加淀粉的可降解塑料不具備降解機理和功能[6],所以該類產(chǎn)品已不再受歡迎。1.2.2熱塑性淀粉該材料是近期正在開發(fā)的完全生物可降解材料,意大利的Ferruzzi研制出一種淀粉含量為70%的合金[7],所使用的樹脂是無毒的,分子量5000~50000,它與淀粉直接地交聯(lián)或產(chǎn)生間接物理作用,從而形成一連續(xù)相,該合金有良好的成型性、
6、二次加工性、力學(xué)性能和優(yōu)良的生物降解性能,缺點是有親水性,不宜用于食品包裝而且價格較高。德國的Battele研究所開發(fā)出了淀粉含量為90%的降解塑料,可作為包裝材料使用,以聚氯乙烯為取代目標(biāo)。美國的Warnerlamber公司開發(fā)了一種稱為#Novon?的熱塑性淀粉材料,#Novon?是以變性淀粉為主,且配有少量其它生物降解性添加劑的高淀粉含量的天然聚合物材料,淀粉含量高達(dá)90%~100%,材料的性能類似于聚苯乙烯,可完全生物降解,而且降解可控,產(chǎn)品廣泛用于醫(yī)用器材、包裝材料1.2.3淀粉和其它可降材料的復(fù)合材料淀粉可以和果膠、纖維素、半乳糖、甲殼素等天大分子[復(fù)合成可
7、完全生物降解的材料,用于制備包裝材料或食品容器。Mayer等人[11]將淀粉與醋酸纖維素熔融加工成共混物,其力學(xué)性能與PS相似,土壤環(huán)境降解實驗表明,共混體系中淀粉易受微生物進(jìn)攻,因此首先被降解掉。1.2.4化學(xué)合成型生物降解高分子該類生物降解高分子材料多在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基結(jié)構(gòu)的聚酯。工業(yè)化的有聚乳酸和聚己內(nèi)酯(PCL)。PLA在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)被認(rèn)為是最重要的可完全生物降解高分子。由于制備工藝、成本的限制,該類材料在降解塑料領(lǐng)域的研究起步較晚,但越來越受到重視。由于可完全降解,所以應(yīng)用前景較好,但是降解機理仍不清楚。國際市場上出售的有大日本
