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降解专栏

 

 降解材料种类及降解机理

1、光氧降解材料

在紫外光辐射和氧气共同作用下使聚合物分子链断裂以达到聚合物碎裂的降解方式。主要是以传统塑料(PS、PE、PP等)添加光敏剂或导入感光性官能团,废弃后的产品通过吸收紫外光辐射能量以促使高分子连结断裂,降低分子量并被微生物分解。这种降解方式必须吸收太阳光,一方面容易造成使用过程的降解,另一方面掩埋于土壤中则可能无法降解,且使用的光敏剂具很强的毒性,降解后溶入土壤或河水中容易污染土壤和水源。

 2、崩解材料

主要是以传统塑料(PP、PE、PS等)添加部分淀粉或可生物降解材料,废弃后通过所含的淀粉或可生物降解材料在环境中的生物降解,使聚合物性能降低并崩解成碎片。这种材料因为在环境降解过程中只降解掉淀粉或可生物降解成分,其他传统聚合物材料的物性并没有被改变,只是变成了比较小的碎片而没有降解。因此这种材料更难以回收处理,工业堆肥也无法降解,造成的污染可能更加严重。

 3、可完全降解材料

利用环境中的温度、湿度、矿物质和微生物(如细菌、真菌、藻类等)将聚合物材料水解或酶解为低分子物质再由微生物吞噬完全分解为水、二氧化碳和生物质。所分解的产物和残留对环境没有任何危害。根据不同的降解机理可分为可工业堆肥降解材料(OK INDUSTRY COMPOST)如PLA、PBS、PBAT、PCL、PHA、淀粉等,可家庭降解材料(OK HOME COMPOST)如PHA、淀粉,以及水解材料(WATER SOLUTION)PVA等。

4、PHA降解机理

PHA是微生物在营养不平衡条件下在细胞体内合成的脂肪族聚酯,因此它的降解一般需要满足

以下条件:

(1)存在能降解PHA的微生物

这些微生物一般在土壤、污泥、海水、池塘中都存在,但不同的环境所拥有的微生物活性及

群落数量不一样。

(2)有足够的氧气、湿度和矿物质养分

PHA可以作为微生物的碳源,微生物在分解消耗PHA时需要呼吸等生命活动,因此需要氧气、

水分和营养物质

(3)对于不同类型的微生物及聚合物体系,需要提供一定的温度条件如20℃—60℃和一定的

PH值如5-8左右

一般认为PHA的降解首先是在一定的条件下(如上所述)各种附在聚合物表面增殖的微生物

释放出特定的降解酶,在酶的催化下聚合物分解成很小的段,当分子量降到500g/mol以下时就很容易被微生物吸收消化。如果不满足上述的条件如在常规的环境下或在淡水中PHA是不会被降解的。

很多因素对材料的降解过程产生影响。从某种意义上说材料的结构决定了可生物降解性能的强弱,一般认为分子结构排列越规整,结晶度越高的材料越难被降解。聚合物的侧基和取代基也会阻碍酶的作用,当然结晶和交联也会限制酶的作用。微生物降解酶一般先作用于PHA的非晶部分的酯键,因此共聚组分越高降解速率也将越快。PHA的降解产物为水、二氧化碳和有机质。