可降解聚合物

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1、华南师范大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaNormalUniversity(NaturalScience)1999(3):108~114文章编号1000-5463(1999)03-0108-07*可降解聚合物张力徐依斌华南师范大学化学系广州510631摘要阐述可降解聚合物的降解机理及其研究现状和发展趋势1指出可降解聚合物的降解时空性研究、可控光)))生物降解的降解性研究、合成及加工工艺的改进仍是今后研究的重要课题1关键词可降解聚合物;光降解;生物降解;光-生物降解;淀粉基聚合物中图分类号O63文献标识码A材料科学是当今世界的带头

2、学科之一1继金属材料、无机材料之后,高分子材料与复合材料成为材料科学领域之中的后起之秀,并且由于其良好的功能性、实用性、在材料领域中的地位日益突出,产量增长最快1聚合物的蓬勃发展,给人类带来了文明,但其大量使用产生的塑料废弃物也与日俱增,每年总量高达5000万吨,是塑料工业年产量的一半1废塑料,特别是塑料地膜、垃圾袋、购物袋、餐具、包装材料等一次性塑料的废弃物,导致了环境污染的加剧,引起了人们对聚合物废料处理的关注1如合成树脂聚乙烯等,由于分子量大、内部结构稳定、成分[1]复杂、抗侵蚀能力强,自然降解达200~600年,对环境的污染是当前一大棘手的问题1

3、现在,国内外解决聚合物污染的方法大致有3种:填埋处理;废塑料回收利用;研制开发可降解聚合物1填埋地有一定限度,但对于那些无法焚烧、无法热分解或难于再生利用的废塑料,仍要用填埋方法处理1合理回收利用废旧高分子材料不但可以解决垃圾对环境的污染问[2,3]题,也是重要的材料、能源来源,已经引起了世界各国的关注1我国该项技术与国外技术相比,差距还很大1例如:美国通用电气塑料公司利用该公司从废旧汽车中回收的各种工程塑料为原料,生产出一种可与ABS塑料强度争雄的新型塑料GEABX4230,具有更好的耐热变形性能和抗冲击性;MA公司用回收聚酯生产出注射料Mamax、挤

4、出料Malon和具有特殊用途的聚酯合金Maloy;MRC聚合物公司利用废旧聚碳酸酯、尼龙66、聚酯、聚丙烯生产一系列高质量、[4]高性能的塑料1但是,目前塑料回收利用量仅占塑料垃圾总量的1%11可降解聚合物目前,国内外科学家在致力于废塑料利用研究的同时,又从改变塑料的原料出发,合成新型的、可降解的塑料,以解决废塑料难以分解处理的问题1国内外的降解塑料主要分为光降解塑料、生物降解塑料和光-生物降解塑料3种1近年来研究较多的是光降解聚合物、淀粉基生物降聚合物和聚酯类塑料,国内外已发现不少商品;当前,主攻方向是光-生物降解材料(也有人称为/光氧-生物全面降解材

5、料0)1*广东省自然科学基金(980042)、广州市科委重大科研项目及广东省高教厅基金资助项目收稿日期1998-05-11111光降解聚合物11111光降解机理[5]聚合物的光降解是指聚合物吸收紫外光以及在氧作用下引起的老化现象1聚合物光降解过程同时存在热、氧的影响,对某些聚合物还可能有水解、胺解、酸解等反应发生;在降解期间,聚合物的分子结构、聚集态结构以及存在于聚合物材料中的组成物质也决定了化学过程的复杂性1阳光之所以能引起聚合物老化,也正是因为材料中含有杂质和能吸收紫外光的发色团1大多数聚合物的光降解机理尚未获得满意的解释,这在很大程度上是因为聚合物

6、的光降解主要由它们所含杂质所致,如纯粹的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)难于发生降解1另外,某些杂质除了具有较高的吸光效率,还可能做为能量受体或能量给体,因而产生的光降解往往比较复杂1这些杂质以含羰基物质最为重要1降解机理大致如下:(1)迄今为止,人们所研究的大多数高分子光化学过程的引发主要是通过生成自由基活性中间体的方式1(2)a.无氧条件下,羰基吸光后可诱发NarrishÑ型和Ò型的键断裂过程1不含有羰基发色团的聚合物,可能有两种光降解方式导致主链断裂:一种方式是发生侧基断裂,然后由所产生的自由基引起链断裂;另一种方式是主链被光解为一对自由基1b.大多

7、数情况下,当有氧气存在时,氧分子易与光裂解过程中产生的自由基反应形成过氧自由基,导致自动氧化自由基链反应发生1R#+O2RO2#RO2#+RHcROOH+Rc#2RO2#stop上式中的过氧化氢基的光裂解过程有直接光裂解或催化光裂解1直接光裂解机理如下:先产生烷氧基自由基和羟基自由基,烷氧基自由基再经过夺氢反应生成醇或断裂为羰基1过渡金属的存在则会催化裂解过氧化氢基:2+-3+ROOH+MRO#+OH+M3++2+ROOH+MRO2#+H+MC.引入聚合物中的光敏发色团或光敏物质,可使其发生光敏降解过程,它是聚合物的一种重要的光降解方式1酮、醌的衍生物和

8、过渡金属Fe、Ni、V、Mo、Co及Ca等是常用的光敏添加剂,引入的光分解基团多