Vývoj a aplikácia biodegradovateľných polymérnych plastov, biodegradovateľné plasty sú druhom nového typu s funkciou degradácie polymérnych materiálov, v procese používania má čo do činenia s rovnakým druhom bežného plastu so zodpovedajúcim zdravotným a relevantným aplikačným výkonom a po svojej úplnej funkcii môže materiál v podmienkach prirodzeného prostredia rýchlo degradovať, ľahko sa mu stávajú úlomky prostredia alebo drví a postupom času sa z ďalšej degradácie stávajú prípadne produkty oxidácie (CO2 a voda), ktoré sa vracajú späť do prírody.
Vývoj a aplikácia biologicky odbúrateľnýchpolymérne plasty, biodegradovateľné plasty sú druhom nového typu s funkciou degradácie polymérnych materiálov, v procese používania má čo do činenia s rovnakým druhom bežného plastu so zodpovedajúcim zdravotným a relevantným aplikačným výkonom a po jeho kompletnej funkcii materiál môžu sa v prirodzenom prostredí rýchlo degradovať, ľahko sa z nich dajú úlomky prostredia alebo sa rozdrvia a postupom času sa z ďalšej degradácie nakoniec stanú produkty oxidácie (CO2 a voda), ktoré sa vrátia späť do prírody.
Na základe znečistenia životného prostredia spôsobeného plastovým odpadom, ako aj požiadaviek na ochranu životného prostredia a ľudských potrieb je naliehavé študovať odbúrateľné polymérne materiály.V určitom čase a za určitých podmienok prostredia sa zmení chemická štruktúra biodegradovateľných plastov.Podľa dôvodov zmien v ich chemickej štruktúre možno biodegradovateľné plasty rozdeliť do dvoch kategórií: biodegradovateľné plasty a fotodegradovateľné plasty.
1. Mechanizmus degradácie rozložiteľných plastov
Všeobecne povedané, rozložiteľný plast označuje druh plastu, ktorý sa môže pôsobením mikroorganizmov v pôde alebo slnečnom žiarení rozložiť na malé molekuly. Musí spĺňať požiadavky na použitie produktov a ľahko spracovateľný na báze biologicky odbúrateľné vlastnosti.Podstatou pôsobenia slnečného žiarenia na polymérne materiály je komplexný účinok ultrafialového svetla v slnečnom svetle a kyslíka vo vzduchu, preto sa nazýva aj fotooxidačná degradácia.Zoberme si polyolefín ako príklad na vysvetlenie mechanizmu fotooxidačnej degradácie.Fotooxidácia v podstate spôsobuje pretrhnutie reťazca alebo zosieťovanie polymérov a pri tomto procese vznikajú niektoré funkčné skupiny obsahujúce kyslík, ako sú karboxylové kyseliny, peroxidy, ketóny a alkoholy.Hlavnými zdrojmi degradácie sú zvyšky katalyzátorov v polyméroch a iniciácia peroxidových a karboxylových skupín zavedených počas spracovania.
Pôsobením mikroorganizmov (hlavne húb, baktérií alebo rias atď.) môžu byť polyméry erodované alebo metabolizované, čo spôsobuje zmeny v ich chemickej štruktúre a zníženie molekulovej hmotnosti.Mechanizmus účinku možno rozdeliť hlavne do dvoch situácií:
(1) biofyzikálne pôsobenie.To znamená, že po erózii plastových výrobkov mikroorganizmami, rastom biologických buniek, podporením rozkladu polymérov, ionizáciou alebo protónom, toto fyzikálne pôsobenie na polymér spôsobilo mechanické poškodenie, vysoká molekulová hmotnosť polyméru na oligomérne fragmenty, takže dosiahnuť účel fyzickej degradácie.
(2) biochemické pôsobenie – priame pôsobenie enzýmov.Táto situácia je spôsobená eróziou enzýmov vylučovaných hubami alebo baktériami, čo vedie k štiepeniu alebo oxidačnému rozpadu plastov a spôsobuje štiepenie alebo oxidačnú degradáciu nerozpustných polymérov na fragmenty rozpustné vo vode, čím vznikajú nové malomolekulárne zlúčeniny (CH4, CO2 a H2O) až do konečného rozkladu.
Vo všeobecnosti existujú dve hypotézy o mechanizme biodegradácie polymérnych materiálov, ktoré vedú k biodegradácii.Druhým je invazívny rez z konca reťaze.Preto sú štrukturálne vlastnosti materiálov, ako je zloženie, štruktúra hlavného a vedľajšieho reťazca, veľkosť koncových skupín a prítomnosť alebo neprítomnosť priestorového stérického odporu, kľúčovými faktormi ovplyvňujúcimi ich degradačný výkon.Medzi nimi majú väčší vplyv vlastnosti hlavného reťazca.Ak hlavný reťazec polyméru obsahuje väzby, ktoré sa ľahko hydrolyzujú, bude ľahko biologicky odbúrateľný.Po druhé, ak je chrbtica flexibilná, rýchlosť degradácie bude relatívne rýchla, zatiaľ čo ak je chrbtica pevná a usporiadaná, rýchlosť degradácie bude pomalá.
Biologická odbúrateľnosť polymérnych materiálov sa znižuje rozvetvením a zosieťovaním.Napríklad zavedenie hydrofóbnych skupín na koniec molekulárneho reťazca kyseliny polymliečnej (PLA) môže znížiť rýchlosť erózie v počiatočnom štádiu degradácie.Pri pôvodnom degradačnom procese totiž erózia PLA závisí hlavne od štruktúry konca molekulového reťazca a pridanie hydrofóbnych skupín vedie k poklesu rýchlosti jej erózie.Okrem toho niektorí výskumníci študovali chemickú štruktúru polymérov a relatívnu molekulovú hmotnosť materiálov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu pri ich degradácii.
2. Vývoj biodegradovateľných plastov
Smer vývoja biodegradovateľných plastov v budúcnosti môže byť nasledovný:
(1) biodegradovateľné plasty boli pripravené štúdiom biodegradačného mechanizmu degradovateľných polymérov a bola študovaná a vyvinutá bloková kopolymerizácia biodegradovateľných plastov s existujúcimi bežnými polymérmi, mikrobiálnymi polymérmi a prírodnými polymérmi.
(2) hľadať mikroorganizmy, ktoré môžu produkovať polymérne plasty, skúmať nové polyméry, podrobne analyzovať mechanizmus ich syntézy, zlepšovať ich produktivitu pomocou existujúcich metód a metód genetického inžinierstva a študovať účinné metódy kultivácie mikroorganizmov.
(3) venovať pozornosť kontrole rýchlosti degradácie, vyvinúť účinné promótory a stabilizátory degradácie na zlepšenie biodegradačnej výkonnosti rozložiteľných plastov, zníženie ich nákladov a rozšírenie trhového uplatnenia.
(4) výskum a vytvorenie jednotnej definície rozložiteľných plastov, obohatenie a zlepšenie metódy hodnotenia biodegradácie a ďalšie pochopenie mechanizmu degradácie.
Čas odoslania: 13. augusta 2019