Vývoj a aplikace biodegradabilních polymerních plastů, biodegradabilní plasty jsou druhem nového typu s funkcí degradace polymerních materiálů, v procesu používání, má co do činění se stejným druhem běžného plastu s odpovídajícím zdravotním a relevantním aplikačním výkonem, a po své úplné funkci může materiál v podmínkách přirozeného prostředí rychle degradovat, snadno se mu dají úlomky prostředí nebo se rozdrtí a postupem času se z další degradace stanou případně oxidační produkty (CO2 a voda), návrat do přírody.
Vývoj a aplikace biologicky odbouratelnýchpolymerní plasty, biodegradabilní plasty jsou druhem nového typu s funkcí degradace polymerních materiálů, v procesu používání má co do činění se stejným druhem běžného plastu s odpovídajícím zdravotním a relevantním aplikačním výkonem a po jeho úplné funkci materiál mohou rychle degradovat v přirozeném prostředí podmínky se snadno stávají úlomky prostředí nebo rozdrceny as postupem času se další degradace stávají nakonec oxidačními produkty (CO2 a voda), které se vracejí do přírody.
Na základě znečištění životního prostředí způsobeného plastovým odpadem, stejně jako požadavků na ochranu životního prostředí a lidských potřeb, je naléhavé studovat rozložitelné polymerní materiály.V určité době a za určitých podmínek prostředí se chemická struktura biologicky rozložitelných plastů změní.Podle důvodů změn v jejich chemické struktuře lze biodegradabilní plasty rozdělit do dvou kategorií: biodegradabilní plasty a fotodegradovatelné plasty.
1. Mechanismus degradace rozložitelných plastů
Obecně řečeno, rozložitelným plastem se rozumí druh plastu, který lze rozložit na malé molekuly působením mikroorganismů v půdě nebo slunečním zářením. Musí splňovat požadavky na použití produktů a snadno zpracovatelný na základě biologicky odbouratelné vlastnosti.Podstatou působení slunečního záření na polymerní materiály je komplexní působení ultrafialového světla ve slunečním světle a kyslíku ve vzduchu, proto se také nazývá fotooxidační degradace.Vezměme si polyolefin jako příklad pro vysvětlení mechanismu degradace fotooxidací.Fotooxidace v podstatě způsobuje přerušení řetězce nebo zesítění polymerů a při tomto procesu vznikají některé funkční skupiny obsahující kyslík, jako jsou karboxylové kyseliny, peroxidy, ketony a alkoholy.Hlavními zdroji degradace jsou zbytky katalyzátorů v polymerech a iniciace peroxidových a karboxylových skupin zavedených během zpracování.
Působením mikroorganismů (zejména hub, bakterií nebo řas atd.) mohou být polymery erodovány nebo metabolizovány, což způsobuje změny v jejich chemické struktuře a snížení molekulové hmotnosti.Mechanismus účinku lze rozdělit především do dvou situací:
(1) biofyzikální působení.To znamená, že po erozi plastových výrobků mikroorganismy, růstu biologických buněk, podpoře rozkladu polymerů, ionizaci nebo protonu, toto fyzikální působení na polymer způsobilo mechanické poškození, vysoká molekulová hmotnost polymeru na fragmenty oligomeru, takže dosáhnout účelu fyzické degradace.
(2) biochemické působení – přímé působení enzymů.Tato situace je způsobena erozí enzymů vylučovaných houbami nebo bakteriemi, která vede ke štěpení nebo oxidačnímu rozpadu plastů a způsobuje štěpení nebo oxidační degradaci nerozpustných polymerů na fragmenty rozpustné ve vodě, čímž vznikají nové malomolekulární sloučeniny (CH4, CO2 a H2O) až do konečného rozkladu.
Obecně existují dvě hypotézy o mechanismu biodegradace polymerních materiálů, které vedou k biodegradaci.Druhý je invazivní řez z konce řetězu.Strukturální vlastnosti materiálů, jako je složení, struktura hlavního a vedlejšího řetězce, velikost koncových skupin a přítomnost nebo nepřítomnost prostorového sterického odporu, jsou proto klíčovými faktory ovlivňujícími jejich degradační výkon.Mezi nimi mají větší vliv vlastnosti hlavního řetězce.Pokud hlavní řetězec polymeru obsahuje vazby, které se snadno hydrolyzují, bude snadno biologicky odbouratelný.Za druhé, pokud je páteř flexibilní, rychlost degradace bude relativně rychlá, zatímco pokud je páteř rigidní a uspořádaná, rychlost degradace bude pomalá.
Biologická odbouratelnost polymerních materiálů se snižuje větvením a síťováním.Například zavedení hydrofobních skupin na konec molekulárního řetězce kyseliny polymléčné (PLA) může snížit rychlost eroze v počáteční fázi degradace.Je tomu tak proto, že v původním degradačním procesu závisí eroze PLA především na struktuře konce molekulového řetězce a přidání hydrofobních skupin vede ke snížení rychlosti jeho eroze.Někteří vědci navíc studovali chemickou strukturu polymerů a relativní molekulovou hmotnost materiálů, které hrají důležitou roli v jejich degradaci.
2. Vývoj biodegradabilních plastů
Směr vývoje biodegradabilních plastů v budoucnu může být následující:
(1) Biodegradabilní plasty byly připraveny studiem biodegradačního mechanismu degradovatelných polymerů a byla studována a vyvinuta bloková kopolymerizace biodegradabilních plastů s existujícími běžnými polymery, mikrobiálními polymery a přírodními polymery.
(2) hledat mikroorganismy, které mohou produkovat polymerní plasty, zkoumat nové polymery, podrobně analyzovat mechanismus jejich syntézy, zlepšovat jejich produktivitu pomocí stávajících metod a metod genetického inženýrství a studovat účinné metody kultivace mikroorganismů.
(3) věnovat pozornost kontrole rychlosti degradace, vyvinout účinné promotory degradace a stabilizátory pro zlepšení biologického rozkladu rozložitelných plastů, snížení jejich nákladů a rozšíření uplatnění na trhu.
(4) výzkum a stanovení jednotné definice rozložitelných plastů, obohacení a zlepšení metody hodnocení biodegradace a další pochopení mechanismu degradace.
Čas odeslání: 13. srpna 2019