功能高分子教學(xué)課件PPT可降解高分子材料.ppt

功能高分子,第9章,可降解高分子材料,可降解高分子材料 是指在使用后的特定環(huán)境條件下，在一些環(huán)境因素如光、氧、風(fēng)、水、微生物、昆蟲以及機(jī)械力等的作用下，使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯變化，從而引起物性下降，最終成為可被環(huán)境所消納的高分子材料。,(1)生物降解高分子 生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人體及動(dòng)物體內(nèi)的組織細(xì)胞、酶和體液的作用下，可使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使分子量下降及性能發(fā)生變化的高分子材料。,添加型淀粉塑料和橡膠，其生產(chǎn)方法是將淀粉以非偶聯(lián)方式與現(xiàn)行塑料(pe、pp、ps和pvc等)共混，淀粉含量一般為7%-15%。美國(guó)的goodyear公司宣布試銷含有部分淀粉填料的輪胎,該填料可以降低輪胎的滾動(dòng)阻力和重量，還有利于環(huán)境保護(hù)。 但是添加型淀粉塑料和橡膠的主要成分仍是石油基類聚合物(pe、pp、ps、pvc等)，很快降解的部分主要是淀粉，剩余的樹脂降解仍需幾百年。嚴(yán)格地講，添加淀粉的可降解塑料不具備降解機(jī)理和功能，所以該類產(chǎn)品已不再受歡迎。,熱塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，意大利研制出一種淀粉含量為70%的可降解材料，所使用的樹脂是無(wú)毒的，分子量在500050000，它與淀粉直接交聯(lián)或產(chǎn)生間接物理作用，從而形成一連續(xù)相。 優(yōu)點(diǎn)：有良好的成型性、二次加工性、力學(xué)性能和優(yōu)良的生物降解性能。 缺點(diǎn)：有親水性，不宜用于食品包裝而且價(jià)格較高。,德國(guó)的battele研究所開發(fā)出了淀粉含量為90%的降解塑料，可作為包裝材料使用，以聚氯乙烯為取代目標(biāo)。 美國(guó)開發(fā)了一種熱塑性淀粉材料，是以變性淀粉為主，且配有少量其它生物降解性添加劑的天然聚合物材料，淀粉含量高達(dá)90%100%，材料的性能類似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，產(chǎn)品廣泛用于醫(yī)用器材、包裝材料。,化學(xué)合成型生物降解高分子：該類生物降解高分子材料多是在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基結(jié)構(gòu)的聚酯。 工業(yè)化的有聚乳酸(pla)和聚己內(nèi)酯(pcl)。 pla在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)被認(rèn)為是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制備工藝、成本的限制，該類材料的研究起步較晚，但越來越受到重視。由于可完全降解，所以應(yīng)用前景較好，但是降解機(jī)理仍不完全清楚。,微生物合成高分子材料是由生物通過各種碳源發(fā)酵制得的一類高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，此種產(chǎn)品的特點(diǎn)是能完全生物降解。,研究發(fā)現(xiàn)，有許多可用于合成微生物聚酯的細(xì)菌，一般發(fā)酵底物是c1-c5的化合物。 聚-羥基丁酸酯(phb)是細(xì)菌與藻類的產(chǎn)物，70年代由英國(guó)ici公司開發(fā)成功并進(jìn)行生產(chǎn)，可以完全生物降解，但力學(xué)和熱學(xué)性能不佳。 -羥基丁酸與-羥基戊酸(hv)的共聚物，性能良好，可完全生物降解。 0.025mm厚的phb或phb-hv膜在海水中6周已穿孔，堆肥7周可降解70%80%。 phb-hv可以制成瓶、膜和纖維，應(yīng)用廣泛。,(2)光降解高分子 在制備塑料時(shí)，通過向塑料基體中加入光敏劑，使其在光照條件下可誘發(fā)光降解反應(yīng)，此類塑料稱為光降解塑料。 光降解引發(fā)劑有很多種，包括過渡金屬的各種化合物，如:鹵化物、乙酰基丙酮酸鹽、二硫代氨基甲酸鹽、脂肪酸鹽、羥基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。,不同壽命的降解高分子材料還可以通過改變ni、co等穩(wěn)定二硫代氨基甲酸鹽和fe、cu等二硫代氨基甲酸鹽的比例得到。 此外聯(lián)二茂鐵也可以引發(fā)光降解反應(yīng)，其降解速度與光敏劑含量有關(guān)。 在自然條件下測(cè)試出光敏劑含量與降解速度的曲線，就可以根據(jù)該材料的使用期限選擇適當(dāng)?shù)挠昧俊?除了以上光降解高分子外，還有一類重要的合成光降解高分子，即通過共聚反應(yīng)將羰基型感光基團(tuán)引入高分子鏈而賦予其光降解特性。 光降解活性的控制則是通過改變羰基基團(tuán)含量來實(shí)現(xiàn)。 已經(jīng)工業(yè)化的此類合成光降解高分子有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯-co共聚物。,(3)光和生物雙降解高分子 光-生物雙降解高分子材料，具有光、生物雙降解功能，它將光敏劑體系的光降解機(jī)理與淀粉的生物降解機(jī)理結(jié)合起來，一方面可以加速降解，另一方面可以利用光敏劑體系可調(diào)的特性達(dá)到人為控制降解的目的。 光降解和生物降解的結(jié)合不僅提高了材料降解的可控性，而且還克服了單純光降解材料在陽(yáng)光不足或非光照條件下難降解，以及單純淀粉塑料在非微生物環(huán)境條件下難降解的問題。,生物降解高分子材料的一大應(yīng)用領(lǐng)域是在農(nóng)業(yè)上。 在適當(dāng)?shù)臈l件下，可生物降解高分子材料經(jīng)有機(jī)降解成為混合肥料，或與有機(jī)廢物混合堆肥。 特別是用甲殼素/殼聚糖制備的生物降解高分子材料或含有甲殼素/殼聚糖的生物降解高分子材料，其降解產(chǎn)物不但有利于植物生長(zhǎng)，還可改良土壤環(huán)境。,降解高分子當(dāng)前存在的問題主要是價(jià)格昂貴，難以推廣利用。 淀粉填充型塑料降