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淺談可降解聚氨酯材料及降解機理

2015-06-16 14:04:26

可降解高分子材料亦稱“綠色高分子材料”,是一種環境友好型材料。根據美國ASTMD0833-92技術標準,在特定環境中化學結構發生重大改變,並導致在確定的時間內出現某些性能損失的高分子材料叫可降解高分子材料。通俗的講,就是指在一定的使用期內,具有與普通塑膠同樣的使用功能,之後其分子結構發生變化而被自然環境同化的高分子材料。從20世紀80年代,隨著高分子材料大規模生產,廢棄高分子材料對環境的污染也日益加劇,可降解高分子材料的研究和開發逐漸被世界各國所重視。可降解聚氨酯材料在醫用、包裝等諸多領域都有廣闊的應用前景,其開發已成為世界範圍的研究熱點。可降解聚氨酯的合成方法按時間順序和技術發展程度,可分為與天然物質共混、改性後共混、與天然物質共聚、分子鏈設計等幾個階段。

生物高分子材料的降解,在自然環境條件下,由於細菌、黴菌、藻類等微生物的作用,在短時間內完全分解成無害的低分子物質。
可降解聚氨酯材料的降解機理:高分子材料的降解過程,也是細菌、黴菌進行消化吸收的過程。

主要有三種作用機理:
1. 因生物細胞增長,使材料形成水解、電離或質子化,產生機械性破壞的物理作用。
2. 因生物對材料的作用,產生新的物質:水、CO2、甲烷等低分子物,其作用為化學作用。
3. 由於酶的直接參與,微生物的侵蝕導致材料的分解或氧化,產生崩解。

在PU高分子材料中的天然高分子材料極易被微生物分解,發生PU大分子斷裂鏈,並生成容易被微生物侵蝕的弱鏈、鏈端和羧酸,而羧酸更具有水解催化劑的作用。加速了PU分子結構的水解或氧化,直至PU材料被完全分解。
從整個生物降解的過程來看,基本可分為兩個階段:首先,微生物向體外分泌水解酶與高分子材料表面結合,使得PU材料表面生黴菌,材料中的天然高分子化合物、氨基甲酸酯鍵及酯基首先被微生物侵蝕和水解,產生斷裂,生成小分子的有機酸、糖等物質。
它會使材料表面形成許多微孔,隨著時間 推移,微孔和裂隙會越來越大,之後微生物酶會沿著微孔和裂隙進一步侵蝕PU材料內部的天然高分子化合物和PU分子鏈中易被攻擊的基團,使材料出現崩解。