Biologiškai skaidžių polimerinių plastikų kūrimas ir taikymas, biologiškai skaidūs plastikai yra naujo tipo polimerinių medžiagų skaidymo funkcija, naudojimo procese jis yra susijęs su tos pačios rūšies įprastu plastiku, turinčiu atitinkamą sveikatą ir atitinkamas taikymo savybes, ir po to, kai visiškai funkcionuoja, natūralios aplinkos sąlygomis medžiaga gali greitai suirti, nesunku jai dalytis aplinkos skeveldromis ar susmulkinti, o laikui bėgant tolesnis skaidymas ilgainiui virsta oksidacijos produktais (CO2 ir vandeniu), grįžtančiais į gamtą.
Biologiškai skaidžių medžiagų kūrimas ir taikymaspolimeriniai plastikai, biologiškai skaidus plastikas yra naujo tipo polimerinių medžiagų skaidymo funkcija, naudojimo procese jis yra susijęs su tos pačios rūšies įprastu plastiku, turinčiu atitinkamą sveikatą ir atitinkamą naudojimo efektyvumą, o pasibaigus jo funkcijai, medžiaga gali greitai suirti natūralios aplinkos sąlygomis, tampa nesunku duoti aplinkos fragmentus ar susmulkinti, o laikui bėgant tolesnis skaidymas ilgainiui virsta oksidacijos produktais (CO2 ir vandeniu), grįžtančiais į gamtą.
Atsižvelgiant į aplinkos taršą, kurią sukelia plastiko atliekos, taip pat aplinkosaugos poreikį ir žmonių poreikius, skubiai reikia tirti skaidžias polimerines medžiagas.Per tam tikrą laiką ir tam tikromis aplinkos sąlygomis biologiškai skaidžių plastikų cheminė struktūra pasikeis.Pagal cheminės struktūros pokyčių priežastis biologiškai skaidus plastikas gali būti skirstomas į dvi kategorijas: biologiškai skaidus plastikas ir fotodegraduojantis plastikas.
1. Degraduojančių plastikų skaidymo mechanizmas
Paprastai tariant, skaidus plastikas reiškia plastiko rūšį, kuri mikroorganizmams veikiant dirvožemyje ar saulės spinduliuotei gali suskaidyti į mažas molekules. Jis turi atitikti gaminių naudojimo reikalavimus ir lengvai apdirbamas remiantis biologiškai skaidžių savybių.Saulės šviesos poveikio polimerinėms medžiagoms pobūdis yra visapusiškas ultravioletinių spindulių poveikis saulės šviesoje ir deguonies ore poveikis, todėl jis taip pat vadinamas fotooksidacijos skaidymu.Paimkite poliolefiną kaip pavyzdį, kad paaiškintumėte fotooksidacijos skilimo mechanizmą.Iš esmės fotooksidacija sukelia grandinės nutraukimą arba polimerų kryžminimą, o šio proceso metu susidaro kai kurios deguonies turinčios funkcinės grupės, tokios kaip karboksirūgštys, peroksidai, ketonai ir alkoholiai.Katalizatoriaus likučiai polimeruose ir peroksido bei karboksilo grupių atsiradimas perdirbimo metu yra pagrindiniai skilimo šaltiniai.
Veikiant mikroorganizmams (daugiausia grybams, bakterijoms ar dumbliams ir kt.), polimerai gali būti erozuoti arba metabolizuoti, kad pakistų jų cheminė struktūra ir sumažėtų molekulinė masė.Veikimo mechanizmą daugiausia galima suskirstyti į dvi situacijas:
(1) biofizinis veiksmas.Tai yra, po plastikinių gaminių erozijos mikroorganizmų, biologinių ląstelių augimo, polimerų skilimo, jonizacijos ar protonų skilimo, šis fizinis poveikis polimerui sukėlė mechaninius pažeidimus, didelę polimero molekulinę masę į oligomerų fragmentus, pasiekti fizinio degradavimo tikslą.
(2) biocheminis veikimas – tiesioginis fermentų veikimas.Šią situaciją sukelia grybelių ar bakterijų išskiriamų fermentų erozija, dėl kurios plastikai skyla arba oksidaciniu būdu suyra, o netirpūs polimerai suskaidomi arba oksidaciniu būdu skaidosi į vandenyje tirpius fragmentus, susidarant naujiems mažiems molekuliniams junginiams (CH4, CO2 ir H2O) iki galutinio skilimo.
Paprastai yra dvi hipotezės apie polimerinių medžiagų biologinio skaidymosi mechanizmą, dėl kurio vyksta biologinis skaidymas.Kitas yra invazinis pjūvis nuo grandinės galo.Todėl medžiagų struktūrinės savybės, tokios kaip sudėtis, pagrindinės ir šoninės grandinės struktūra, galinių grupių dydis ir erdvinio sterinio atsparumo buvimas ar nebuvimas, yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos jų skilimui.Tarp jų didesnę įtaką turi pagrindinės grandinės savybės.Jei pagrindinėje polimero grandinėje yra jungčių, kurios lengvai hidrolizuojasi, jis bus lengvai biologiškai skaidomas.Antra, jei stuburas yra lankstus, skilimo greitis bus palyginti greitas, o jei pagrindas yra standus ir tvarkingas, skilimo greitis bus lėtas.
Polimerinių medžiagų biologinis skaidumas sumažėja dėl šakojimosi ir kryžminimo.Pavyzdžiui, hidrofobinių grupių įvedimas polipieno rūgšties (PLA) molekulinės grandinės gale gali sumažinti erozijos greitį pradiniame skilimo etape.Taip yra todėl, kad pradiniame skilimo procese PLA erozija daugiausia priklauso nuo molekulinės grandinės galo struktūros, o hidrofobinių grupių pridėjimas sumažina jos erozijos greitį.Be to, kai kurie mokslininkai ištyrė polimerų cheminę struktūrą ir santykinę medžiagų, kurios vaidina svarbų vaidmenį jų skaidymui, molekulinę masę.
2. Biologiškai skaidžių plastikų kūrimas
Biologiškai skaidžių plastikų plėtros kryptis ateityje gali būti tokia:
(1) Biologiškai skaidūs plastikai buvo paruošti tiriant skaidžių polimerų biologinio skilimo mechanizmą, ištirta ir sukurta biologiškai skaidžių plastikų blokinė kopolimerizacija su esamais įprastais polimerais, mikrobiniais polimerais ir natūraliais polimerais.
(2) ieškoti mikroorganizmų, galinčių gaminti polimerinį plastiką, tyrinėti naujus polimerus, detaliai išanalizuoti jų sintezės mechanizmą, pagerinti jų produktyvumą esamais metodais ir genų inžinerijos metodais, tirti efektyvius mikroorganizmų auginimo būdus.
(3) atkreipti dėmesį į skilimo greičio kontrolę, sukurti veiksmingus skilimo skatintojus ir stabilizatorius, kad pagerintų skaidomų plastikų biologinį skaidymą, sumažintų jų kainą ir išplėstų pritaikymą rinkoje.
(4) tirti ir nustatyti vieningą skaidomo plastiko apibrėžimą, praturtinti ir tobulinti biologinio skaidymosi vertinimo metodą ir toliau suprasti skilimo mechanizmą.
Paskelbimo laikas: 2019-08-13