Rozwój i zastosowanie biodegradowalnych tworzyw polimerowych, biodegradowalne tworzywa sztuczne to rodzaj nowego typu z funkcją degradacji materiałów polimerowych, w procesie użytkowania ma to związek z tym samym rodzajem zwykłego tworzywa sztucznego o odpowiednich właściwościach zdrowotnych i odpowiednich zastosowaniach, oraz po pełnej funkcji materiał może szybko ulec degradacji w warunkach środowiska naturalnego, łatwo ulegać fragmentacji lub rozdrobnieniu, a wraz z upływem czasu dalsza degradacja staje się ostatecznie produktami utleniania (CO2 i woda) i powraca do natury.
Opracowanie i zastosowanie materiałów biodegradowalnychtworzywa polimerowebiodegradowalne tworzywa sztuczne to rodzaj nowego typu z funkcją degradacji materiałów polimerowych, w procesie użytkowania ma to związek z tym samym rodzajem zwykłego tworzywa sztucznego o odpowiednich właściwościach zdrowotnych i odpowiednich zastosowaniach, a po jego pełnej funkcji materiał mogą szybko ulec degradacji w warunkach środowiska naturalnego, łatwo ulegają w środowisku fragmentacji lub rozdrobnieniu, a z upływem czasu dalsza degradacja staje się ostatecznie produktami utleniania (CO2 i woda) i powraca do natury.
Ze względu na zanieczyszczenie środowiska spowodowane odpadami z tworzyw sztucznych, a także potrzebę ochrony środowiska i potrzeby człowieka, pilne jest zbadanie degradowalnych materiałów polimerowych.W określonym czasie i w określonych warunkach środowiskowych zmieni się struktura chemiczna tworzyw biodegradowalnych.Ze względu na przyczyny zmian w budowie chemicznej tworzywa biodegradowalne można podzielić na dwie kategorie: tworzywa biodegradowalne i tworzywa fotodegradowalne.
1. Mechanizm degradacji tworzyw sztucznych degradowalnych
Ogólnie rzecz ujmując, tworzywo degradowalne odnosi się do rodzaju tworzywa sztucznego, które można rozłożyć na małe cząsteczki pod wpływem działania mikroorganizmów w glebie lub promieniowania słonecznego. Musi spełniać wymagania użytkowania produktów i być łatwe w obróbce w oparciu o właściwości biodegradowalne.Istotą działania światła słonecznego na materiały polimerowe jest kompleksowe działanie światła ultrafioletowego w świetle słonecznym i tlenu w powietrzu, dlatego nazywa się to również degradacją fotooksydacyjną.Weźmy na przykład poliolefinę, aby wyjaśnić mechanizm degradacji fotooksydacyjnej.Zasadniczo fotoutlenianie powoduje zerwanie łańcucha lub sieciowanie polimerów, w wyniku czego powstają w tym procesie niektóre grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak kwasy karboksylowe, nadtlenki, ketony i alkohole.Głównymi źródłami degradacji są pozostałości katalizatorów w polimerach oraz inicjacja grup nadtlenkowych i karboksylowych wprowadzonych podczas przetwarzania.
Pod wpływem mikroorganizmów (głównie grzybów, bakterii czy glonów itp.) polimery mogą ulegać erozji lub metabolizowaniu, powodując zmiany w ich strukturze chemicznej i spadek masy cząsteczkowej.Mechanizm działania można głównie podzielić na dwie sytuacje:
(1) działanie biofizyczne.Oznacza to, że po erozji produktów z tworzyw sztucznych przez mikroorganizmy, wzrost komórek biologicznych, promowanie rozkładu polimerów, jonizacji lub protonów, to fizyczne działanie na polimer spowodowało uszkodzenie mechaniczne, wysoką masę cząsteczkową polimeru na fragmenty oligomeru, tak aby osiągnąć cel fizycznej degradacji.
(2) działanie biochemiczne — bezpośrednie działanie enzymów.Sytuacja ta spowodowana jest erozją enzymów wydzielanych przez grzyby lub bakterie, co prowadzi do rozszczepiania lub oksydacyjnego rozpadu tworzyw sztucznych oraz powoduje rozszczepienie lub oksydacyjną degradację nierozpuszczalnych polimerów na fragmenty rozpuszczalne w wodzie, tworząc nowe związki drobnocząsteczkowe (CH4, CO2 i H2O) aż do końcowego rozkładu.
Generalnie istnieją dwie hipotezy dotyczące mechanizmu biodegradacji materiałów polimerowych prowadzącej do biodegradacji.Drugie to inwazyjne cięcie od końca łańcuszka.Dlatego właściwości strukturalne materiałów, takie jak skład, struktura łańcucha głównego i bocznego, wielkość grup końcowych oraz obecność lub brak przestrzennego oporu sterycznego, są kluczowymi czynnikami wpływającymi na ich wydajność degradacji.Wśród nich większy wpływ mają główne właściwości łańcucha.Jeśli główny łańcuch polimeru zawiera wiązania, które łatwo ulegają hydrolizie, będzie on łatwo ulegał biodegradacji.Po drugie, jeśli szkielet jest elastyczny, tempo degradacji będzie stosunkowo szybkie, natomiast jeśli szkielet jest sztywny i uporządkowany, tempo degradacji będzie powolne.
Biodegradowalność materiałów polimerowych zmniejsza się poprzez rozgałęzianie i sieciowanie.Na przykład wprowadzenie grup hydrofobowych na końcu łańcucha cząsteczkowego kwasu polimlekowego (PLA) może zmniejszyć szybkość erozji na początkowym etapie degradacji.Dzieje się tak, ponieważ w pierwotnym procesie degradacji erozja PLA zależy głównie od struktury końca łańcucha molekularnego, a dodatek grup hydrofobowych prowadzi do zmniejszenia szybkości jego erozji.Ponadto niektórzy badacze badali strukturę chemiczną polimerów i względną masę cząsteczkową materiałów, które odgrywają ważną rolę w ich degradacji.
2. Rozwój tworzyw biodegradowalnych
Kierunek rozwoju tworzyw biodegradowalnych w przyszłości może być następujący:
(1) Biodegradowalne tworzywa sztuczne przygotowano poprzez badanie mechanizmu biodegradacji degradowalnych polimerów oraz zbadano i opracowano kopolimeryzację blokową biodegradowalnych tworzyw sztucznych z istniejącymi zwykłymi polimerami, polimerami mikrobiologicznymi i polimerami naturalnymi.
(2) poszukiwanie mikroorganizmów zdolnych do wytwarzania tworzyw polimerowych, badanie nowych polimerów, szczegółowa analiza mechanizmu ich syntezy, doskonalenie ich produktywności za pomocą istniejących metod i metod inżynierii genetycznej oraz badanie efektywnych metod hodowli mikroorganizmów.
(3) zwracać uwagę na kontrolę szybkości degradacji, opracowywać skuteczne promotory degradacji i stabilizatory w celu poprawy wydajności biodegradacji degradowalnych tworzyw sztucznych, obniżenia ich kosztów i rozszerzenia zastosowania rynkowego.
(4) zbadać i ustalić ujednoliconą definicję degradowalnych tworzyw sztucznych, wzbogacić i ulepszyć metodę oceny biodegradacji oraz lepiej zrozumieć mechanizm degradacji.
Czas publikacji: 13 sierpnia 2019 r