降解高分子材料.doc

III降解高分子材料

1简述
降解性高分子（又称生物可降解塑胶），在日本又称为绿色塑胶，是可以在自然界降解的塑胶材质。在有足够的湿度、氧气与适当微生物存在的自然掩埋或堆肥环境中，可被微生物所代谢分解产生水和二氧化碳或甲烷，对环境危害较小。由降解性高分子构成。基本上，生物塑胶并不是什麼新概念。由木材和棉花制成的赛璐珞，早在1850年代就被发明出来作为象牙撞球的替代品。但就像其他早期发明的可循环塑胶一样，赛璐珞缺乏合成塑胶的可变性和发展性，因此现在多半只能拿来做领口衬料和桌球。
我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在HYPERLINK"http://www.studa.net/lixue/"自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。
2生物降解高分子材料降解机理
按美国ASTM定义：生物降解高分子材料是指在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物作用下能发生化学、生物或物理作用而降解或分解的高分子材料。般高分子材料的生物降解可分为完全生物降解和光一生物降解b。完全生物降解大致有三种途径：
生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新物质(C，C02和HO)。
生物物理作用：由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离质子化而发生机械性的毁坏，分裂成低聚物碎片。
(3)酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。而光一生物降解则是材料中淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大表面积／体积比，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使聚合物生成含氧化物，并氧化断裂，分子量下降到能被微生物消化的水平,
因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。
3影响生物降解速度的因素
高分子生物降解速度的影响因素极为复杂，受材料的性质以及降解环境的影响。李云政对影响生物降解的环境因素进行了仔细的研究。其试验结果表明，高分子材料在液体中的降
解性比在固体中的好，这是因为液体中的微生物与材料接触比在固体中的更充分，有利于降解；碳氮比为15时最有利于材料的降解；自然界中绝大多数微生物都属于中温微生物，这类微生物的最适生长温度一般在20～45~C之间，在这一温度范围内，随着温度上升，微生物的代谢活动逐渐旺盛，对材料的降解效果明显，而温度继续上升，对材料的降解不利；试验结果还表明，细菌和放线菌是在高分子材料生物降解中起主要作用的微生物，细菌最适宜pH值在7．0～7．6之间，放线菌最适宜的pH值在7．5～8．5之间，因而，pH值在6-9之间最有利于材料生物降解。高分子材料的结构是决定其生物降解性的根本因素。含有亲水性基团如：一NH、一COOH、一OH、一NCO的高分子在保持一定的湿度时，易生物降解，同时含有亲水性和疏水性的链段的聚合物比只有其中一种链段结构的聚合物更容易被生物降解；具有侧链的化合物难降解，直链高分子比支链高分子、交联高分子易于生物降解；柔软的链结构容易被生物降解，有规晶态结构阻碍生物降解，所以聚合物的无定形区总比结晶区域先降解；脂肪族聚酯较容易生物降解，而象聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等硬链的芳香族聚酯则是生物惰性的；主链柔顺性越大，降解速度也越大。在塑料制品中，一般都要添加其他助剂，而增塑剂也可以对塑料的生物降解性产生影响。典型的例子是添加增塑剂的软质PVC的生物降解性一般要大于不加增塑剂的硬质PVC。具有不饱和结构的化合物难降解，脂肪族高分子比芳香族高分子易于生物降解；低聚物比高聚物易于生物降解，当PS，PE、聚丁二烯及聚异丁烯的相对分子量小于一定值时，就能被一定的菌种所降解，其中PS的临界相对分子量为20～300，PE的临界相对分子量为8600；酯键，肽键易于生物分解，而酰胺键，其分子间有氢键难于生物分解；表面粗糙的材料易降解。
4生物降解高分子材料的开发现状
世界各国都在大力开发生物降解高分子材料，按合成方法，生物降解高分子材料可分为天然高分子材料，生物合成高分子材料和化学合成降解材料。
4．1天然高分子材料
天然高分子材料包括纤维素、淀粉、壳聚糖等多糖类及毛、丝等蛋白质材料，易于被微生物分解，是理想的生物降解高分子材料。天然高分子除了棉、麻、毛、丝等原材料以外，还有很多可以从自然界的废弃物中取得，如甲壳质等，经过适当加工，可以成为重要的