Розробка та застосування біорозкладаних полімерних пластмас, біорозкладаних пластмас - це свого роду новий тип з функцією деградації полімерних матеріалів, у процесі використання, це пов'язано з тим самим типом звичайного пластику з відповідним здоров'ям і відповідними характеристиками застосування, і після повного функціонування матеріал може швидко розкладатися в умовах природного середовища, тому його легко віддати фрагментам середовища або подрібнити, і з часом подальше розкладання стає продуктами окислення (CO2 і вода), які повертаються в природу.
Розробка та застосування біорозкладанихполімерні пластики, біологічно розкладаний пластик - це свого роду новий тип із функцією деградації полімерних матеріалів, у процесі використання він має справу з тим самим типом звичайного пластику з відповідним здоров'ям та відповідними характеристиками застосування, а після повного функціонування матеріал можуть швидко розкладатися в умовах природного середовища, легко віддаватися фрагментам середовища або подрібнюватися, і з часом подальше розкладання стає продуктами окислення (CO2 і вода), які повертаються в природу.
Виходячи з забруднення навколишнього середовища, спричиненого пластиковими відходами, а також вимог охорони навколишнього середовища та потреб людини, терміново необхідно вивчити розкладані полімерні матеріали.У певний час і за певних умов навколишнього середовища хімічна структура біорозкладаного пластику зміниться.Відповідно до причин зміни хімічної структури біорозкладні пластики можна розділити на дві категорії: біорозкладні пластики та фоторозкладні пластики.
1. Механізм деградації пластмас, що розкладаються
Взагалі кажучи, пластик, що розкладається, відноситься до виду пластику, який можна розкласти на невеликі молекули під дією мікроорганізмів у ґрунті або сонячної радіації. Він повинен відповідати вимогам використання продуктів і легко оброблятися на основі біорозкладні властивості.Природа дії сонячного світла на полімерні матеріали полягає в комплексному впливі ультрафіолету на сонячне світло та кисню повітря, тому його ще називають фотоокислювальною деградацією.Візьмемо поліолефін як приклад, щоб пояснити механізм деградації фотоокислення.По суті, фотоокислення викликає розрив ланцюга або зшивання полімерів, і в цьому процесі утворюються деякі кисневмісні функціональні групи, такі як карбонові кислоти, пероксиди, кетони та спирти.Залишки каталізатора в полімерах та ініціювання пероксидних і карбоксильних груп, введених під час обробки, є основними джерелами деградації.
Під дією мікроорганізмів (переважно грибів, бактерій або водоростей тощо) полімери можуть руйнуватися або метаболізуватися, викликаючи зміни в їхній хімічній структурі та зменшення молекулярної маси.Механізм дії в основному можна розділити на дві ситуації:
(1) біофізична дія.Тобто, після ерозії пластикових виробів мікроорганізмами, зростанням біологічних клітин, сприянням розкладу полімерів, іонізації або протонів, ця фізична дія на полімер спричинила механічне пошкодження, високу молекулярну масу полімеру на олігомерні фрагменти, щоб досягнення мети фізичної деградації.
(2) біохімічна дія — пряма дія ферментів.Ця ситуація спричинена розщепленням ферментів, що виділяються грибами чи бактеріями, що призводить до розщеплення або окислювального розпаду пластмас, а також викликає розщеплення або окислювальну деградацію нерозчинних полімерів на водорозчинні фрагменти, утворюючи нові низькомолекулярні сполуки (CH4, CO2 і H2O) до остаточного розкладання.
Загалом існують дві гіпотези щодо механізму біодеградації полімерних матеріалів, які призводять до біодеградації.Інший – інвазивний поріз на кінці ланцюга.Таким чином, структурні властивості матеріалів, такі як склад, структура основного та бічного ланцюгів, розмір кінцевих груп і наявність або відсутність просторового стеричного опору, є ключовими факторами, що впливають на їх ефективність деградації.Серед них більший вплив мають властивості основного ланцюга.Якщо основний ланцюг полімеру містить зв'язки, які легко гідролізуються, він легко піддається біодеградації.По-друге, якщо магістраль є гнучкою, швидкість деградації буде відносно швидкою, тоді як якщо магістраль є жорсткою та впорядкованою, швидкість деградації буде повільною.
Біорозкладаність полімерних матеріалів знижується за рахунок розгалуження та зшивання.Наприклад, введення гідрофобних груп на кінці молекулярного ланцюга полімолочної кислоти (PLA) може зменшити швидкість ерозії на початковій стадії деградації.Це пояснюється тим, що в початковому процесі деградації ерозія PLA в основному залежить від структури кінця молекулярного ланцюга, а додавання гідрофобних груп призводить до зниження швидкості його ерозії.Крім того, деякі дослідники вивчали хімічну структуру полімерів і відносну молекулярну масу матеріалів, які відіграють важливу роль у їх деградації.
2. Розробка біорозкладаної пластмаси
Напрямок розвитку біорозкладаної пластмаси в майбутньому може бути таким:
(1) біорозкладні пластики були отримані шляхом вивчення механізму біологічного розкладання полімерів, що розкладаються, а також була вивчена та розроблена блок-кополімеризація біорозкладаних пластмас з існуючими звичайними полімерами, мікробними полімерами та природними полімерами.
(2) шукати мікроорганізми, які можуть виробляти полімерні пластики, досліджувати нові полімери, детально аналізувати механізм їх синтезу, покращувати їх продуктивність за допомогою існуючих методів і методів генної інженерії, а також вивчати ефективні методи культивування мікроорганізмів.
(3) звернути увагу на контроль швидкості деградації, розробити ефективні стимулятори деградації та стабілізатори для покращення ефективності біодеградації пластмас, що розкладаються, зменшити їхню вартість та розширити застосування на ринку.
(4) дослідити та створити уніфіковане визначення пластику, що розкладається, збагатити та вдосконалити метод оцінки біодеградації та глибше зрозуміти механізм деградації.
Час публікації: 13 серпня 2019 р