Ontwikkeling en toepassing van biologisch afbreekbare polymeerkunststoffen, biologisch afbreekbare kunststoffen is een soort nieuw type met de functie van afbraak van polymeermaterialen. Tijdens het gebruiksproces heeft het te maken met hetzelfde soort gewone kunststof met de bijbehorende gezondheids- en relevante toepassingsprestaties, en na zijn volledige functie kan het materiaal snel worden afgebroken in de natuurlijke omgevingsomstandigheden, waardoor het gemakkelijk wordt om fragmenten uit de omgeving te krijgen of te verpletteren, en met het verstrijken van de tijd wordt verdere afbraak uiteindelijk oxidatieproducten (CO2 en water), die terugkeren naar de natuur.
Ontwikkeling en toepassing van biologisch afbreekbaarpolymeer kunststoffenBiologisch afbreekbare kunststoffen zijn een soort nieuw type met de functie van afbraak van polymeermaterialen. Tijdens het gebruiksproces heeft het te maken met hetzelfde soort gewone kunststof met de bijbehorende gezondheids- en relevante toepassingsprestaties, en na zijn volledige functie, het materiaal kan snel worden afgebroken in de natuurlijke omgevingsomstandigheden, waardoor het gemakkelijk wordt om omgevingsfragmenten te krijgen of te verpletteren, en met het verstrijken van de tijd wordt verdere afbraak uiteindelijk oxidatieproducten (CO2 en water), die terugkeren naar de natuur.
Gebaseerd op de milieuvervuiling veroorzaakt door plastic afval, evenals de vraag naar milieubescherming en menselijke behoeften, is het dringend nodig om afbreekbare polymeermaterialen te bestuderen.Binnen een bepaalde tijd en onder bepaalde omgevingsomstandigheden zal de chemische structuur van biologisch afbreekbare kunststoffen veranderen.Afhankelijk van de redenen voor de veranderingen in de chemische structuur kunnen biologisch afbreekbare kunststoffen in twee categorieën worden verdeeld: biologisch afbreekbare kunststoffen en fotoafbreekbare kunststoffen.
1. Afbraakmechanisme van afbreekbare kunststoffen
Over het algemeen wordt met afbreekbaar plastic een soort plastic bedoeld dat door inwerking van micro-organismen in de bodem of zonnestraling kan worden afgebroken tot kleine moleculen. Het moet voldoen aan de eisen van het gebruik van producten en gemakkelijk te verwerken zijn op basis van biologisch afbreekbare eigenschappen.De aard van de werking van zonlicht op polymeermaterialen is het uitgebreide effect van ultraviolet licht in zonlicht en zuurstof in de lucht, daarom wordt dit ook wel foto-oxidatiedegradatie genoemd.Neem polyolefine als voorbeeld om het mechanisme van afbraak door foto-oxidatie uit te leggen.In wezen veroorzaakt foto-oxidatie ketenbreuk of verknoping van polymeren, en bij dit proces worden sommige zuurstofhoudende functionele groepen gevormd, zoals carbonzuren, peroxiden, ketonen en alcoholen.Katalysatorresiduen in polymeren en de initiatie van peroxide- en carboxylgroepen die tijdens de verwerking worden geïntroduceerd, zijn de belangrijkste bronnen van afbraak.
Onder invloed van micro-organismen (voornamelijk schimmels, bacteriën of algen, enz.) kunnen polymeren worden geërodeerd of gemetaboliseerd, waardoor veranderingen in hun chemische structuur en een afname van het molecuulgewicht worden veroorzaakt.Het werkingsmechanisme kan hoofdzakelijk in twee situaties worden verdeeld:
(1) biofysische actie.Dat wil zeggen, na de erosie van plastic producten door micro-organismen, de groei van biologische cellen, het bevorderen van de afbraak van polymeren, ionisatie of protonen, veroorzaakte deze fysieke actie op het polymeer mechanische schade, het hoge molecuulgewicht van het polymeer in oligomeerfragmenten, om zo het doel van fysieke degradatie te bereiken.
(2) biochemische actie – directe actie van enzymen.Deze situatie wordt veroorzaakt door de erosie van enzymen die worden afgescheiden door schimmels of bacteriën, wat leidt tot de splitsing of oxidatieve desintegratie van kunststoffen, en veroorzaakt de splitsing of oxidatieve afbraak van onoplosbare polymeren in wateroplosbare fragmenten, waardoor nieuwe kleine moleculaire verbindingen (CH4, CO2 en H2O) tot de uiteindelijke ontbinding.
Er zijn over het algemeen twee hypothesen over het mechanisme van biologische afbraak van polymeermaterialen dat tot biologische afbraak leidt.De andere is een invasieve snee vanaf het einde van de keten.Daarom zijn de structurele eigenschappen van materialen, zoals samenstelling, hoofd- en zijketenstructuur, grootte van eindgroepen en de aan- of afwezigheid van ruimtelijke sterische weerstand, de belangrijkste factoren die hun degradatieprestaties beïnvloeden.Onder hen hebben de belangrijkste keteneigenschappen een grotere impact.Als de hoofdketen van het polymeer bindingen bevat die gemakkelijk kunnen worden gehydrolyseerd, zal deze gemakkelijk biologisch worden afgebroken.Ten tweede, als de ruggengraat flexibel is, zal de degradatiesnelheid relatief snel zijn, terwijl als de ruggengraat stijf en ordelijk is, de degradatiesnelheid langzaam zal zijn.
De biologische afbreekbaarheid van polymeermaterialen wordt verminderd door vertakking en verknoping.De introductie van hydrofobe groepen aan het einde van de moleculaire keten van polymelkzuur (PLA) kan bijvoorbeeld de erosiesnelheid in het beginstadium van de afbraak verminderen.Dit komt omdat in het oorspronkelijke afbraakproces de erosie van PLA voornamelijk afhangt van de structuur van het uiteinde van de moleculaire keten, en de toevoeging van hydrofobe groepen leidt tot een afname van de erosiesnelheid.Bovendien hebben sommige onderzoekers de chemische structuur van polymeren en het relatieve molecuulgewicht van materialen bestudeerd die een belangrijke rol spelen bij de afbraak ervan.
2. Ontwikkeling van biologisch afbreekbare kunststoffen
De ontwikkelingsrichting van biologisch afbreekbare kunststoffen in de toekomst kan als volgt zijn:
(1) Biologisch afbreekbare kunststoffen werden bereid door het biologische afbraakmechanisme van afbreekbare polymeren te bestuderen, en de blokcopolymerisatie van biologisch afbreekbare kunststoffen met bestaande gewone polymeren, microbiële polymeren en natuurlijke polymeren werd bestudeerd en ontwikkeld.
(2) zoeken naar micro-organismen die polymere kunststoffen kunnen produceren, nieuwe polymeren onderzoeken, hun synthesemechanisme in detail analyseren, hun productiviteit verbeteren via bestaande methoden en genetische manipulatiemethoden, en efficiënte methoden voor het kweken van micro-organismen bestuderen.
(3) aandacht besteden aan de beheersing van de afbraaksnelheid, efficiënte afbraakbevorderaars en stabilisatoren ontwikkelen om de biologische afbraakprestaties van afbreekbare kunststoffen te verbeteren, de kosten ervan te verlagen en de markttoepassing uit te breiden.
(4) onderzoek doen naar en een uniforme definitie van afbreekbare kunststoffen opstellen, de evaluatiemethode van biologische afbraak verrijken en verbeteren, en het afbraakmechanisme verder begrijpen.
Posttijd: 13 augustus 2019