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可降解高分子材料循環(huán)利用
可降解高分子材料循環(huán)利用
【摘 要】 雖然，我國(guó)目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前茅，但是隨之而來的是每年產(chǎn)生幾百萬(wàn)噸高聚物廢舊物。
我們迫切需要對(duì)其進(jìn)行生物可降解，從而減少對(duì)人類及環(huán)境的污染。
本文著重探討一下高分子材料的循環(huán)利用途徑。
【關(guān)鍵詞】 高分子材料 可降解 循環(huán)利用
1 生物可降解高分子材料的含義及降解機(jī)理
生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機(jī)理大致有以下三種方式：生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。
一般認(rèn)為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個(gè)過程進(jìn)行的。
首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。
到目前為止，有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。
除了生物可降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。
生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2 生物可降解高分子材料的類型
按材料來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。
按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。
按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1 微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。
這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。
2.2 合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。
但其熔點(diǎn)低，強(qiáng)度及耐熱性差，無(wú)法應(yīng)用。
芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高，強(qiáng)度好，是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。
將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3 天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙�；嗵堑裙餐熘�。
2.4 摻混型
在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3 生物可降解高分子材料的研發(fā)
3.1 傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)利用生物可降解高分子材料的方法主要包括：天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。
(1)天然高分子的改造法。
通過化學(xué)修飾和共混等方法，對(duì)自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性，可以合成生物可降解高分子材料。
此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
�、诨瘜W(xué)合成法。
模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。
化學(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。
(2)微生物發(fā)酵法。
許多生物能以某些有機(jī)物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。
但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2 酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學(xué)的發(fā)展，酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點(diǎn)。
3.3 酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著高分子材料合成與加工的技術(shù)進(jìn)步，生物可降解高分子材料在各行業(yè)得到廣泛、深入的應(yīng)用。
生物可降解高分子材料助劑、樹脂原料和加工機(jī)械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。
此外，加工工藝水平、配方技術(shù)以及相關(guān)配套服務(wù)設(shè)施也成為完美展現(xiàn)制品性能的不可或缺的因素。
我國(guó)生物可降解高分子材料工業(yè)起步較晚，發(fā)展遲緩，難以適應(yīng)目前的發(fā)展趨勢(shì)，必須借助行業(yè)發(fā)展，探索一條具有中國(guó)特色的工業(yè)之路。
在消化、吸收、仿制國(guó)外先進(jìn)品種和技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同行業(yè)要求和特點(diǎn)，開發(fā)出高效、多功能、復(fù)合化、低(無(wú))毒、低(無(wú))污染、專用化的生物可降解高分子品種，提高規(guī)模化生產(chǎn)和管理能力，改變目前行業(yè)規(guī)模小、品種少、性能老化且雷同、針對(duì)性(專用性)差、性能價(jià)格比明顯低于國(guó)外同類產(chǎn)品、創(chuàng)新能力低下、污染嚴(yán)重、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的局面，一些新型功能的生物可降解高分子材料的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，消費(fèi)量較低，卻帶來了產(chǎn)業(yè)新的突破點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)，豐富完善了整個(gè)體系，其高技術(shù)含量和巨大的增幅顯示了強(qiáng)大的生命力，創(chuàng)造一個(gè)投入產(chǎn)出比明顯高于其他化工產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)。
參考文獻(xiàn)：
[1]侯紅江，陳復(fù)生，程小麗，辛穎.可生物降解材料降解性的研究進(jìn)展[J].塑料科技.2009(03).
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