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可降解高分子材料的降解途徑范文1

隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中，給人類帶來(lái)了許多的便利，與此同時(shí)，由于人們對(duì)其大量需求致使廢棄物中的塑料越來(lái)越多，這對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因而，現(xiàn)在許多科學(xué)家都在尋找新的環(huán)境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就屬于環(huán)境友好型材料，這其中最受人們關(guān)注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成危害。人們之所以選擇聚乳酸作為環(huán)境友好型材料來(lái)研究，是因?yàn)榫廴樗峋哂袕?qiáng)度高，透明性好，生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括醫(yī)用、包裝、紡織等。但是由于其結(jié)晶性能差，脆性大等缺點(diǎn)，使其在某些性能方面存在嚴(yán)重的不足，這就嚴(yán)重限制了聚乳酸的應(yīng)用[1]。為了使聚乳酸能夠更好的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，研究者們對(duì)其進(jìn)行表面改性，使其性能得到改善，能夠得到更好的應(yīng)用。

1.生物可降解高分子材料

生物可降解高分子材料是環(huán)境友好型材料中最重要的一類。它是指在一定條件下，一定的時(shí)間內(nèi)，能被細(xì)菌、真菌、霉菌、藻類等微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的一類高分子材料。由于其具有無(wú)毒、生物降解及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，生物降解高分子被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、一次性用品、農(nóng)業(yè)、包裝衛(wèi)生等領(lǐng)域。按照來(lái)源的不同，可將其分為天然可降解高分子和人工合成可降解高分子兩大類。

天然可降解高分子：有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等，這類高分子可以自然生長(zhǎng)，并且降解后的產(chǎn)物沒有毒性，但是這類高分子大多不具備熱塑性，加工起來(lái)困難，因此不常單獨(dú)使用，只能與其它高分子材料摻混使用。

人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。這類聚酯的主鏈大多為脂肪族結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)酯鍵相連接，主鏈比較柔軟，容易被自然界中微生物分解。與天然可降解高分子材料相比較，人工合成可降解高分子材料可以在合成時(shí)通過(guò)控制溫度等條件得到不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，從而對(duì)材料物理性能進(jìn)行調(diào)控，并且還可以通過(guò)化學(xué)或物理的方法進(jìn)行改性[2]。

在以上眾多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困難，成本高，不被人們選中，因此，人們把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，這其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和剛性等性能，在諸多人工合成可降解高分子材料中脫穎而出，被人們所選中。

2. 聚乳酸材料

在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年來(lái)最受研究者們關(guān)注的一種。它是一種生物可降解的熱塑性脂肪族聚酯，是一種無(wú)毒、無(wú)刺激性，具有良好生物相容性、強(qiáng)度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通過(guò)發(fā)酵玉米等糧食作物獲得，因此它的合成是一個(gè)低能耗的過(guò)程。廢棄的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解產(chǎn)物經(jīng)光合作用后可再形成淀粉等物質(zhì)，可以再次成為合成聚乳酸的原料，從而實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)[3]。因此，聚乳酸是一種完全具備可持續(xù)發(fā)展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今為止，學(xué)者們對(duì)聚乳酸的合成、性質(zhì)、改性等方面進(jìn)行了深入的研究。

2.1聚乳酸的合成

聚乳酸以微生物發(fā)酵產(chǎn)物-乳酸為單體進(jìn)行化學(xué)合成的，由于乳酸是手性分子，所以有兩種立體結(jié)構(gòu)。

聚乳酸的合成方法有兩種；一種是通過(guò)乳酸直接縮合；另一種是先將乳酸單體脫水環(huán)化合成丙交酯，然后丙交酯開環(huán)聚合得到聚乳酸[4]。

2.1.1直接縮合[4]

直接合成法采用高效脫水劑和催化劑使乳酸低聚物分子間脫水縮合成聚乳酸，是直接合成過(guò)程，但是縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，很難保證反應(yīng)正向進(jìn)行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工藝簡(jiǎn)單，與開環(huán)聚合物相比具有成本優(yōu)勢(shì)。因此目前仍然有大量圍繞直接合成法生產(chǎn)工藝的研究工作，而研究重點(diǎn)集中在高效催化劑的開發(fā)和催化工藝的優(yōu)化上。目前通過(guò)直接聚合法已經(jīng)可以制備具有較高分子量的聚乳酸，但與開環(huán)聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制較難。

2.1.2丙交酯開環(huán)縮合[4]

丙交酯的開環(huán)聚合是迄今為止研究較多的一種聚乳酸合成方法。這種聚合方法很容易實(shí)現(xiàn)，并且制得的聚乳酸分子量很大。根據(jù)其所用的催化劑不同，有陽(yáng)離子開環(huán)聚合、陰離子開環(huán)聚合和配位聚合三種形式。（1）陽(yáng)離子開環(huán)聚合只有在少數(shù)極強(qiáng)或是碳鎓離子供體時(shí)才能夠引發(fā)，并且陽(yáng)離子開環(huán)聚合多為本體聚合體系，反應(yīng)溫度高，引發(fā)劑用量大，因此這種聚合方法吸引力不高；（2）陰離子開環(huán)聚合的引發(fā)劑主要為堿金屬化合物。反應(yīng)速度快，活性高，可以進(jìn)行溶液和本體聚合。但是這種聚合很難制備高分子量的聚乳酸；（3）配位開環(huán)聚合是目前研究最深的，也是應(yīng)用最廣的。反應(yīng)所用的催化劑主要為過(guò)渡金屬的氧化物和有機(jī)物，其特點(diǎn)為單體轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)少，易于制備高分子量的聚乳酸。但是開環(huán)聚合有一個(gè)缺點(diǎn)，所使用的催化劑有一定的毒性，所以目前尋找生物安全性高的催化劑成為配位開環(huán)聚合研究的重要方向。

2.2聚乳酸的性質(zhì)

由于乳酸單體具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三種立體構(gòu)型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制備的。PLLA是半結(jié)晶型聚合物，具有良好的強(qiáng)度和剛性，但是其缺點(diǎn)是抗沖擊性能差，易脆性斷裂。而PDLLA是無(wú)定形的透明材料，力學(xué)性能較差[5]。

雖然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和阻隔性，但是聚乳酸作為材料使用時(shí)有明顯的不足之處；韌性較差并且極易彎曲變形，結(jié)晶度高，降解周期難以控制，熱穩(wěn)定性差，受熱易分解，價(jià)格昂貴等。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了聚乳酸的應(yīng)用與發(fā)展[6]。因此，針對(duì)聚乳酸樹脂原料進(jìn)行改性成為聚乳酸材料在加工和應(yīng)用之前必不可少的一道工序。

2.3聚乳酸的改性

針對(duì)聚乳酸的以上缺點(diǎn)，研究者們對(duì)其進(jìn)行了增韌改性、增強(qiáng)改性和耐熱改性，用以改善聚乳酸的韌性和抗彎曲變形能力，提高熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)聚乳酸材料。

2.3.1增韌改性

在常溫下聚乳酸是一種硬而脆的材料，在用于對(duì)材料要求高的領(lǐng)域，需要對(duì)其進(jìn)行增韌改性。增韌改性主要分為共混和共聚兩種方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合過(guò)程中工藝比較復(fù)雜，并且生產(chǎn)成本高，因此在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，主要用共混法來(lái)改善聚乳酸的韌性。共混法是將兩種或兩種以上的聚合物進(jìn)行混合，通過(guò)聚合物各組分性能的復(fù)合達(dá)到改性目的[7]。為了拓展聚乳酸材料在工程領(lǐng)域的用途，研究者們常采用將聚乳酸與其它高聚物共混，這樣一方面能夠改善聚乳酸的力學(xué)性能和成型加工性能，另一方面也為獲得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途徑。

增韌改性所用的共混法工藝比較簡(jiǎn)便，成本相應(yīng)低一些，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中更加實(shí)用。不過(guò)受到聚乳酸本身的硬質(zhì)和高模量限制，共混法改性目前主要方向?yàn)樵鲰g、調(diào)控親水性和降解能力。

2.3.2增強(qiáng)改性

聚乳酸本身為線型聚合物，分子鏈中長(zhǎng)支鏈比較少，這就使聚乳酸材料的強(qiáng)度在一些場(chǎng)合滿足不了使用的要求。因此要對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)改性，使其強(qiáng)度達(dá)到要求。目前主要采用了玻璃纖維增強(qiáng)、天然纖維增強(qiáng)、納米復(fù)合和填充增強(qiáng)等技術(shù)來(lái)對(duì)聚乳酸進(jìn)行改性，用以提高聚乳酸材料的力學(xué)性能[7]。

目前，植物纖維和玻璃纖維對(duì)增強(qiáng)聚乳酸的力學(xué)性能效果相差不大，但是植物纖維價(jià)格低廉，并且對(duì)環(huán)境友好，因而成為對(duì)聚乳酸進(jìn)行增強(qiáng)改性的常見材料。而填充增強(qiáng)引入了與聚合物基體性質(zhì)完全不同的無(wú)機(jī)組分并且綜合性能提升明顯，因此受到廣泛的關(guān)注。這其中，以納米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、氣體阻隔性、阻燃性等多種性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人體骨骼移植、骨骼連接銷釘?shù)柔t(yī)學(xué)材料。

2.3.3耐熱改性

耐熱性差是生物降解高分子材料共有的缺點(diǎn)。聚乳酸的熔點(diǎn)比較低，因此它在高溫高剪切作用下易發(fā)生熱降解，導(dǎo)致分子鏈斷裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要對(duì)聚乳酸進(jìn)行耐熱改性，用以提高其加工性能，通常采用嚴(yán)格干燥、純化和封端基等方式提高其熱穩(wěn)定性[8]。目前，添加抗氧劑是提高聚合物耐熱性的常用方法，除了采用添加改性或與其它樹脂共混改性來(lái)提高聚乳酸耐熱性，還可以通過(guò)拉伸并熱定型的方法提高聚乳酸的耐熱性，與此同時(shí)，還可以改善其聚乳酸復(fù)合材料韌性和強(qiáng)度。在紡織、包裝業(yè)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

從上述幾種改性結(jié)果來(lái)看，與聚乳酸相比，改性后的聚乳酸復(fù)合材料綜合性能等方面都得到了全面的提升，在醫(yī)學(xué)、紡織、包裝業(yè)等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。因此，聚乳酸復(fù)合材料得到了人們的喜愛與關(guān)注，并逐漸將人們的生活與之緊緊聯(lián)系在了一起。成為國(guó)內(nèi)外研究者所要研究的重點(diǎn)對(duì)象。

3.聚乳酸復(fù)合材料及研究進(jìn)展

3.1聚乳酸復(fù)合材料

經(jīng)過(guò)改性劑改性過(guò)的聚乳酸復(fù)合材料是一種新型復(fù)合材料，它是以聚乳酸為基體，在其中加入改性劑混合用各種方式復(fù)合而成的。同時(shí)它具備與聚乳酸相同的無(wú)毒、無(wú)刺激性、良好的生物相容性等性質(zhì)，但是在性能方面要都優(yōu)于聚乳酸。聚乳酸復(fù)合材料在柔順性、伸長(zhǎng)率、力學(xué)、電、熱穩(wěn)定性等方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，目前已經(jīng)將其應(yīng)用與醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、紡織、包裝業(yè)和組織工程等[9]領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。

聚乳酸復(fù)合材料可以在微生物的作用下分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何的危害，加上其在各個(gè)方面都具有優(yōu)異的性能，可以用于各個(gè)領(lǐng)域。因此成為了新一代的環(huán)境友好型材料被國(guó)內(nèi)外的研究者們廣泛關(guān)注。目前，就聚乳酸復(fù)合材料的研究，國(guó)內(nèi)外研究者們都取得了一定的成果和進(jìn)展。

3.2聚乳酸復(fù)合材料研究進(jìn)展

由于聚乳酸作為生物相容，可降解環(huán)境友好材料，存在著結(jié)晶速度慢、結(jié)晶度低、脆性大等缺陷，將需要與具有優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能，生物相容性等優(yōu)點(diǎn)的填料復(fù)合進(jìn)行填充改性[10]。這個(gè)方法成為目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。對(duì)于聚乳酸復(fù)合材料的研究以下是國(guó)內(nèi)外研究者的研究進(jìn)展。

盛春英[1]通過(guò)溶液共混法制備了聚乳酸/碳納米管復(fù)合物，用紅外光譜和DSC研究了復(fù)合材料的等溫結(jié)晶和非等溫結(jié)晶性能，重點(diǎn)研究了CNTs的種類、管徑、管長(zhǎng)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及聚乳酸分子量對(duì)復(fù)合物結(jié)晶性能的影響，以及等溫結(jié)晶對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響。

范麗園[2]將左旋聚乳酸和納米羥基磷灰石用含有親水基團(tuán)的JMXRJ改性劑，通過(guò)溶液共混法，加強(qiáng)兩者親水性能和結(jié)合能力。以碳纖維為增強(qiáng)體，制備出碳纖維增強(qiáng)改性PLLA基復(fù)合材料。并分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為、熱性能以及等溫結(jié)晶時(shí)晶球變化。

張東飛等[3]人介紹了碳納米管制備的三種方法，即石墨電弧法、化學(xué)氣相沉積法和激光蒸發(fā)法，并闡述了碳納米管導(dǎo)熱基本機(jī)理，對(duì)碳納米管應(yīng)用于復(fù)合材料熱傳導(dǎo)性能進(jìn)行了研究與展望。

趙媛媛[4]采用溶液超聲法，選用多壁碳納米管作為填充物，制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行改性研究。以碳納米管化學(xué)修飾及百分含量的變化對(duì)其在PLLA基體中的分散性、形態(tài)、結(jié)晶行為、力學(xué)性能和水解行為的影響為主要研究對(duì)象。

張凱[5]通過(guò)對(duì)有效的碳納米管分布對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)電性能進(jìn)行研究。并重點(diǎn)從形態(tài)調(diào)控角度，調(diào)節(jié)碳納米管在高分子基體中的有效分布，構(gòu)建了高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。并從晶體排斥、相態(tài)演變、隔離的角度，設(shè)計(jì)三種不同形態(tài)的導(dǎo)電聚乳酸/復(fù)合材料，降低了材料的導(dǎo)電逾滲值。

馮江濤[6]通過(guò)采用混酸處理、表面活性劑修飾和表面接枝三種方法對(duì)對(duì)碳納米管表面進(jìn)行修飾，利用溶劑蒸發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，采用紅外吸收光譜、拉曼光譜、偏光顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、差示掃描量熱分析儀對(duì)復(fù)合材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和總結(jié)。

李艷麗[7]通過(guò)混合強(qiáng)酸酸化與馬來(lái)酸酐接枝相結(jié)合，對(duì)碳納米管表面修飾，增強(qiáng)了碳納米管與聚乳酸之間的界面相互作用，獲得了碳納米管分散均勻的聚乳酸/碳納米管納米復(fù)合材料。并且研究不同條件下碳納米管對(duì)聚乳酸結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)碳納米管對(duì)聚乳酸的結(jié)晶有明顯的異相成核作用。

許孔力等[8]人通過(guò)溶液復(fù)合的方法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，并對(duì)其力學(xué)性能和電學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，而且對(duì)復(fù)合材料的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

李玉[9]通過(guò)將聚乳酸與具有優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能、生物相容性的碳基納米填料進(jìn)行填充改性?？疾炝遂o電紡絲參數(shù)對(duì)聚乳酸纖維的形貌影響，并且考察了不同含量的碳納米管對(duì)復(fù)合纖維形貌和結(jié)構(gòu)的影響。此外，還對(duì)靜電紡絲和溶液涂膜制備工藝對(duì)復(fù)合材料性能影響。

趙學(xué)文[10]通過(guò)將碳納米粒子引入聚合物共混體系實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的功能化與高性能化。并且他們提出一種基于反應(yīng)性碳納米粒子的熱力學(xué)相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增強(qiáng)了材料的力學(xué)性能，同時(shí)賦予了導(dǎo)電等功能。

Mosab Kaseem等[11]人通過(guò)熱、機(jī)械、電氣和流變性質(zhì)對(duì)聚乳酸基質(zhì)中碳納米管的類型、縱橫比、負(fù)載、分散狀態(tài)和排列的依賴性。對(duì)不同性能的研究表明，碳納米管添加劑可以提高聚乳酸復(fù)合材料的性能。

Mainak Majumder等[12]人通過(guò)對(duì)聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料制備和表征方面的研究，

綜述有關(guān)碳納米管在聚乳酸基質(zhì)中分散的有效參數(shù)。并且將聚乳酸與不同材料結(jié)合用來(lái)改變其性能。

Wenjing Zhang等[13]人通過(guò)溶液共混制備了一系列PLLA/碳納米管復(fù)合材料。測(cè)試了形態(tài)，機(jī)械性能和電性能。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)隨著碳納米管含量達(dá)到其滲透閾值，PLLA/碳納米管復(fù)合材料的體積電阻降低了十個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)光學(xué)顯微鏡圖像顯示了納米復(fù)合材料的球晶形態(tài)，用差示掃描量熱法（DSC）測(cè)量，其結(jié)果顯示，隨著碳納米管含量的增加，冷結(jié)晶溫度升高。

Eric D等[14]人通過(guò)研究在半結(jié)晶聚合物碳納米管復(fù)合材料中，碳納米管被視為可以影響聚合物結(jié)晶的成核劑。但是，由于碳納米管的復(fù)雜性。不同的手性，直徑，表面官能團(tuán)，使用的表面活性劑和樣品制備過(guò)程可能會(huì)影響復(fù)合材料結(jié)晶。研究了半晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，形態(tài)和相關(guān)應(yīng)用。簡(jiǎn)要介紹聚合物中的結(jié)晶和線性成核。使用溶液結(jié)晶方法揭示了界面結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

Kandadai等[15]人通過(guò)拉曼光譜分析表明PLLA和碳納米管之間的相互作用主要通過(guò)疏水的C-CH3官能團(tuán)發(fā)生。復(fù)合材料的直流電導(dǎo)率隨碳納米管負(fù)載的增加而增加。導(dǎo)電的碳納米管增強(qiáng)的生物相容性聚合物復(fù)合材料可以潛在地用作新一代植入物材料，從而刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和通過(guò)促進(jìn)物理電信號(hào)傳遞來(lái)使組織再生。

從以上國(guó)內(nèi)外研究者的研究進(jìn)展中，可以看到，大部分的研究者都是通過(guò)溶液共混的方法制備聚乳酸復(fù)合材料，這種方法對(duì)于國(guó)內(nèi)外的研究者們來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)便可靠。并且他們將制備好后的聚乳酸復(fù)合材料通過(guò)紅外光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、差示掃描量熱、拉曼光譜和偏光顯微鏡等手段進(jìn)行其結(jié)構(gòu)和性能的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)聚乳酸復(fù)合材料的性能在各個(gè)方面都有顯著的提高，并且可以應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊。聚乳酸復(fù)合材料作為新一代性能全面的環(huán)境友好型材料，國(guó)內(nèi)外的研究者們對(duì)聚乳酸復(fù)合材料的研究還在進(jìn)行著，并且對(duì)于它的發(fā)展都有很高的期待。

4.本課題的研究思路及研究?jī)?nèi)容

4.1 研究思路

聚乳酸作為可降解生物材料，同時(shí)又具有生物相容性，力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。碳納米管則具有良好的生物相容性，功能性等優(yōu)點(diǎn)。將兩種材料復(fù)合可以進(jìn)一步改善聚乳酸結(jié)晶性能、力學(xué)性能、賦予其導(dǎo)電性。

對(duì)于聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料的制備可以通過(guò)共混法、原位聚合及靜電紡絲法來(lái)制備，目前通常采用溶劑揮發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料。通過(guò)拉曼光譜、電子能譜、掃描電子顯微鏡、示差掃描量熱來(lái)測(cè)定其結(jié)合能、材料表面形貌以及結(jié)晶、熔融溫度等方面進(jìn)行觀察分析。

可降解高分子材料的降解途徑范文2

關(guān)鍵字：新型高分子材料；高分子材料應(yīng)用；新型高分子材料的開發(fā)

引言：

高分子材料是指由相對(duì)分子質(zhì)量較大的化合物分子構(gòu)成的材料。按其來(lái)源，高分子材料可分為天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纖維，合成橡膠，涂料，粘合劑和高分子基復(fù)合材料。從1907年高分子酚醛樹脂的出現(xiàn)以來(lái)，高分子材料因其普遍具有許多金屬和無(wú)機(jī)材料所無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展。然而，現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的還只是在尋常條件下能夠使用的高分子物質(zhì)，即通用高分子。它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn)，而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用尤為重要。納米、導(dǎo)電、生物醫(yī)用、生物可降解、耐高溫、高強(qiáng)度、高模量、高沖擊性、耐極端條件等高性能的新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用不但能解決現(xiàn)階段的高分子材料所面臨的問題，而且也將積極地推動(dòng)高分子材料向功能化、智能化、精細(xì)化方向的發(fā)展。與此同時(shí)，我國(guó)十二五計(jì)劃也將高分子材料的開發(fā)研究納入了其中，作為其重要研究方向之一的新型高分子材料的開發(fā)研究必將會(huì)極大地推動(dòng)我國(guó)材料技術(shù)的發(fā)展。

一、簡(jiǎn)述高分子材料

1.高分子材料

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料?；境煞譃榫酆衔?，或以其含有的聚合物的性質(zhì)為其主要性能特征的材料。高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，通常分子量大于10000，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合體。

2.國(guó)內(nèi)外高分子材料開發(fā)現(xiàn)狀

高分子材料與金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料共同構(gòu)成了應(yīng)用性材料科學(xué)的最重要的三個(gè)領(lǐng)域。高分子材料憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了巨大的市場(chǎng)。

世界高分子材料工業(yè)正在高速地發(fā)展著。世界合成樹脂量從1950年的1.5M工增長(zhǎng)到2005年的212M工，每年大概以5%的增長(zhǎng)率在迅速地增長(zhǎng)?，F(xiàn)在塑料的產(chǎn)量早已超過(guò)了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。合成橡膠的產(chǎn)量也已超過(guò)了天然橡膠，而合成纖維的年產(chǎn)量在上個(gè)世紀(jì)80年代就已經(jīng)達(dá)到了棉花、羊毛等天然和人造纖維的2倍。對(duì)于我國(guó)而言，目前我國(guó)是世界上最大的樹脂進(jìn)口國(guó)，每年進(jìn)口的樹脂數(shù)量大約是世界樹脂總貿(mào)易的25%到30%。我國(guó)的樹脂合成工業(yè)正高速地發(fā)展當(dāng)中，樹脂合成能力也在飛速地提高中。然而與西方發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在著差距。

3.開發(fā)新型高分子材料的重要意義和途徑

自上世紀(jì)30年代高分子材料的出現(xiàn)開始到現(xiàn)代，世界工業(yè)科學(xué)不再只是滿足與對(duì)基礎(chǔ)高分子材料的開發(fā)研究，從90代開始，科學(xué)家們就將注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料開發(fā)上?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)于新型高分子材料的需求日益強(qiáng)烈。像納米高分子材料，通常是將納米微粒與聚合物基材進(jìn)行復(fù)合，利用其特殊性質(zhì)來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產(chǎn)成本低。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，這些效應(yīng)的綜合作用導(dǎo)致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產(chǎn)生的表面效應(yīng)，可使經(jīng)納米粒子改性后的高分子材料的機(jī)械性能、熱傳導(dǎo)性、觸媒性質(zhì)、破壞韌性等均與一般材料不同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。

新型高分子材料的開發(fā)主要是集中在制造工藝的改進(jìn)上，以提高產(chǎn)品的性能，減少環(huán)境的污染，節(jié)約資源。就目前而言，合成樹脂新品種、新牌號(hào)和專用樹脂仍然層出不窮，以茂金屬催化劑為代表的新一代聚烯烴催化劑開發(fā)仍然是高分子材料技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)之一。在開發(fā)新聚合方法方面，著重于陰離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合和微乳液聚合的工業(yè)化。在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來(lái)的高分子復(fù)合技術(shù)，以及出現(xiàn)于50年代的高分子合金化技術(shù)后。新的復(fù)合技術(shù)和合金化技術(shù)層出不窮。新型高分子材料的開發(fā)，不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)于材料工業(yè)的高要求，更能夠促進(jìn)能源與資源的節(jié)約，減少環(huán)境的污染，提高生產(chǎn)能力，更能體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的高速發(fā)展。

二、新型高分子材料的應(yīng)用

現(xiàn)代高分子材料是相對(duì)于傳統(tǒng)材料如玻璃而言是后起的材料，但其發(fā)展的速度應(yīng)用的廣泛性卻大大超越了傳統(tǒng)材料。高分子材料既可以用于結(jié)構(gòu)材料，也可以用于功能材料。

現(xiàn)階段新型高分子材料大致包括高分子分離膜，高分子磁性材料，光功能高分子材料，高分子復(fù)合材料這幾大類：

第一，高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇透過(guò)的半透性薄膜。采用這樣的薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動(dòng)力，與以往傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，更加的省能、高效和潔凈等，被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。

第二，高分子磁性材料是磁與高分子材料相結(jié)合的新的應(yīng)用。早期磁性材料具有硬且脆，加工性差等缺點(diǎn)。將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料，這樣制成的復(fù)合型高分子磁性材料，比重輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的制品，還能與其它元件一體成型等。

第三，光功能高分子材料，是指能夠?qū)膺M(jìn)行透射、吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前，這一類材料已有很多，應(yīng)用也很廣泛。

第四，高分子復(fù)合材料是指高分子材料和不同性質(zhì)組成的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)具有各種材料的長(zhǎng)處，如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)。

這些新型的高分子材料在人類社會(huì)生活，工業(yè)生產(chǎn)，醫(yī)藥衛(wèi)生和尖端技術(shù)等方方面面都有著廣泛的應(yīng)用。例如，在生物醫(yī)用材料界上，研制出的一系列的改性聚碳酸亞丙酯（PM-PPC）新型高分子材料是腹壁缺損修復(fù)的高效材料：在工業(yè)污水的處理上，在不添加任何藥劑的情況下，利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水：開發(fā)的聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂復(fù)合材料，這些材料比強(qiáng)度和比模量比金屬還高，是國(guó)防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料；同樣，在藥物傳遞系統(tǒng)中應(yīng)用新型高分子材料，在藥劑學(xué)中應(yīng)用，在包轉(zhuǎn)材料中的應(yīng)用等等。新型高分子材料已經(jīng)滲透于人類生活的各個(gè)方面。

三、綜述

材料是人類用來(lái)制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和標(biāo)志。作為材料重要組成部分的高分子材料隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越能影響人類的生活。新型高分子材料的不斷開發(fā)像納米技術(shù)、熒光技術(shù)、導(dǎo)電技術(shù)、生物技術(shù)等的實(shí)施必將使得高分子材料在工業(yè)化的應(yīng)用中不斷進(jìn)步。區(qū)別于我們已經(jīng)開發(fā)研究成熟的一些傳統(tǒng)材料，高分子材料的研究開發(fā)存在著無(wú)窮的潛力。正如一些科學(xué)家預(yù)言的那樣，新型高分子材料的開發(fā)將有可能會(huì)帶來(lái)現(xiàn)代材料界的一次重大革命。

參考文獻(xiàn)：

[1]程曉敏，高分子材料導(dǎo)論[M]，安徽大學(xué)出版社2006，

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[3]趙利利，論新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用[J]，科技致富向?qū)В?011.（02）.

可降解高分子材料的降解途徑范文3

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；高分子材料；加工

一、引言

人們的日常生活中常使用微波爐，這種電器設(shè)備具有較快的熱效率，能夠快速加熱食物，并且不會(huì)流失營(yíng)養(yǎng)成分。而這種電器正是運(yùn)用了微波技術(shù)，除了在食品領(lǐng)域，該項(xiàng)技術(shù)還在其他領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，并取得了理想的效果。以高分子材料加工中對(duì)微波技術(shù)的應(yīng)用威力，相較于傳統(tǒng)加工技術(shù)，微波加熱的速率更快，并且基于脈沖技術(shù)的支持，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的有效控制。其次，微波加熱不會(huì)存在熱滯后反應(yīng)，材料能夠直接吸收微波，不會(huì)通過(guò)容器傳導(dǎo)而導(dǎo)致能量流失；此外，微波加熱的熱梯度非常小，具有較強(qiáng)的穿透能力，加熱的均勻度也相對(duì)理想。對(duì)于高分子材料而言，通過(guò)微波技術(shù)的應(yīng)用，可以使其性能得到改善，達(dá)到理想狀態(tài)。

二、基本原理與影響因素

就本質(zhì)而言，微波加熱的特點(diǎn)就在于介電位移或材料內(nèi)部不同電荷的極化以及這種極化不具備迅速跟上交變電場(chǎng)的能力。在高頻條件下，與電場(chǎng)相比，極化具有滯后性，并且其闡述的電流與電場(chǎng)同相位的分量存在差別，如此一來(lái)就會(huì)使材料內(nèi)部功率散耗。

對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度固定的電磁場(chǎng)而言，材料吸收的微博能與電磁輻射的頻率，材料的介電損耗與電場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系可以通過(guò)下式來(lái)表示：

其中P代表單位體積材料吸收的微波功率，K為一常數(shù)，f為頻率，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，[ε']表示介電常數(shù)，[tanδ]表示電損耗角正切。

根據(jù)（1）式，可以發(fā)現(xiàn)在電場(chǎng)強(qiáng)度或材料介電性質(zhì)發(fā)生變化的情況下，材料吸收的微波也隨之得到改變，然而大部分高分子材料具有非常小的介電損耗因數(shù)，一般情況下微波材料能夠透過(guò)材料而不產(chǎn)生耗散。

如果加熱速率受反應(yīng)熱的影響不予考慮，那么可以用下式來(lái)表示加熱速率與材料吸收微波能量的關(guān)系：

其中[dTdt]表示加熱速率，[ρ]表示材料密度，[CV]表示材料的定容比熱。

從中不難發(fā)現(xiàn)，高分子材料的介電行為在很大程度上決定了加熱速率。需要注意的是，[ε'']與溫度有著密切聯(lián)系，因此材料介電行為的函數(shù)與溫度有關(guān)。

三、微波設(shè)備

在高分子材料加工中，微波的應(yīng)用效率以及材料性能在很大程度上取決于微波設(shè)備。

現(xiàn)階段，在實(shí)驗(yàn)中有著廣泛應(yīng)用的微波設(shè)備主要為商品化的多模式微波爐。這種設(shè)備屬于多波設(shè)備，因此其溫度控制難度較大，無(wú)法獲取需要的加熱曲線，在這種設(shè)備的應(yīng)用下，產(chǎn)品性能的均勻性要求往往無(wú)法得到滿足。其次，微波行波加熱器則是基于矩形波導(dǎo)或圓波導(dǎo)產(chǎn)生行波，在設(shè)備中微波能會(huì)被物料吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加熱。對(duì)于具有較大介電損耗因數(shù)的單位長(zhǎng)度材料而言，這種設(shè)備具有較強(qiáng)的適用性，而其他材料并不適合這一設(shè)備。從上述兩種設(shè)備的缺陷描述不難發(fā)現(xiàn)，微波設(shè)備的研究與開發(fā)勢(shì)在必行。

在設(shè)備開發(fā)的過(guò)程中，微波發(fā)生器設(shè)計(jì)具有重要意義，這是提高微博能利用率的有效途徑。美國(guó)研究人員針對(duì)一種間歇加工聚合物材料的單?？烧{(diào)諧振腔進(jìn)行了開發(fā)，這種設(shè)備材料主要有金屬銅或鋁的圓波導(dǎo)，兩端采用的金屬短路相同，具體如下圖所示。

根據(jù)上述高分子材料加工中應(yīng)用的微波設(shè)備，不難發(fā)現(xiàn)諧振腔具有更強(qiáng)的適用性，該設(shè)備能夠?qū)⑽⒉荞詈线M(jìn)材料，并且現(xiàn)階段在厚件復(fù)合材料的加工中也取得了成功。

自單模可調(diào)諧振腔誕生之后，又有更加先進(jìn)的微波加工系統(tǒng)涌現(xiàn)出來(lái)，也就是計(jì)算機(jī)輔助微波加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制脈沖微波加工系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)控制脈沖微波加工系統(tǒng)可以基于功率輸出開關(guān)的脈沖，在選定值范圍內(nèi)控制樣品溫度，與此同時(shí)，在反應(yīng)過(guò)程中，該設(shè)備還可以對(duì)介電損耗因數(shù)變化進(jìn)行檢測(cè)。

四、研究進(jìn)展及問題

總而言之，相較于傳統(tǒng)加熱，微波輻射的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)非常突出，對(duì)于高分子材料加工領(lǐng)域的發(fā)展而言有著十分重要的影響與作用。再加上近年來(lái)相關(guān)研究人員圍繞微波加工材料性能展開深入研究，并構(gòu)建起聚合物結(jié)構(gòu)與微波吸收特性的關(guān)系，顯然在理論層面上為微波技術(shù)在高分子材料加工領(lǐng)域中的進(jìn)一步運(yùn)用提供了強(qiáng)有力的支持。當(dāng)然不可否認(rèn)的是，在聚合物材料加工中，微波技術(shù)的應(yīng)用依然面臨著一些困難與阻礙，例如目前相關(guān)人員并沒有全面了解微波加熱的影響因素。很多研究人員開始圍繞分子結(jié)構(gòu)與微波加工系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)，希望通過(guò)此推動(dòng)微波技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。在基礎(chǔ)理論知識(shí)不斷增長(zhǎng)的背景下，相信在未來(lái)加工設(shè)計(jì)中，微波技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)得到全面提升，為工業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。此外，加工安全性、設(shè)備問題以及加工規(guī)模等也是微波技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中需要考慮的問題。作為研究人員，必須圍繞這些因素予以綜合考慮，并采取相應(yīng)的改進(jìn)方法，促使高分子材料加工領(lǐng)域中微波技術(shù)的價(jià)值與作用得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

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可降解高分子材料的降解途徑范文4

關(guān)鍵詞：白色污染 處置方略

近年來(lái)， 我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到空前發(fā)展， 城市規(guī)模不斷擴(kuò)大， 人民生活水平大幅度提高， 但同時(shí)也導(dǎo)致城市生活垃圾的產(chǎn)量和構(gòu)成發(fā)生明顯的變化。特別是隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展， 塑料制品以其齊全的品種、優(yōu)異的性能、低廉的價(jià)格而在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域得到長(zhǎng)足應(yīng)用， 且已成為垃圾成分的主體。這些白色垃圾是由聚乙烯、阻燃劑和發(fā)泡劑等成分組成， 是難以被降解的高分子材料， 加之塑料包裝制品使用量大、質(zhì)輕， 導(dǎo)致散布面大， 很難回收， 勢(shì)必將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如今白色污染已經(jīng)形成全國(guó)范圍內(nèi)的公害， 成為各級(jí)政府和人民群眾關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

一、白色污染對(duì)環(huán)境的影響

所謂“白色污染”，是人們對(duì)塑料垃圾污染環(huán)境的一種形象稱謂，它是指由聚苯乙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的一次性的塑料制品（包括發(fā)泡的塑料餐具、器具、包裝材料和薄的塑料袋、農(nóng)用地膜等），在其使用后被棄成固體廢棄物。由于缺少回收利用價(jià)值，其中，絕大部分被丟棄在環(huán)境中，主要集中于我市風(fēng)景，旅游區(qū)周圍，河道和道路兩側(cè)農(nóng)田，湖泊和水塘中，以及城鎮(zhèn)的各個(gè)角落，這不僅破壞了景觀，造成了“視覺污染”，而且由于其具有在自然中難以降解的特點(diǎn)，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境也造成了直接和間接的破壞。這種由廢棄的一次性塑料制品通常多為白色，所造成的“視覺污染”和自然環(huán)境的破壞被形象地統(tǒng)稱為“白色污染”。

白色垃圾（ 廢舊塑料、泡沫等） 是企業(yè)和個(gè)人在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、生活和其它活動(dòng)中產(chǎn)生的固態(tài)廢物。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)每年僅城市地區(qū)就排放廢舊塑料約400 萬(wàn)噸。這些廢棄塑料制品是由難降解的高分子材料聚合而成， 進(jìn)入環(huán)境后長(zhǎng)期不分解、不腐爛， 對(duì)城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境造成很大危害。

1.破壞市容環(huán)境

從視覺影響上講， 遺棄的塑料、泡沫等制品隨處可見（ 尤其是在城鄉(xiāng)結(jié)合部、垃圾箱附近、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等人口密集地區(qū)） ， 直接影響人們的精神和情緒， 尤其是那些散落在風(fēng)景旅游區(qū)、城市主要街路和場(chǎng)所的塑料垃圾更是有礙觀瞻， 直接影響城市的形象， 是造成城鄉(xiāng)臟、亂、差的一個(gè)重要原因。

2.危害人體健康

人們遺棄的塑料制品常常粘有或裝有各類廢棄污染物， 這是一種條件性污染源。當(dāng)氣溫等條件適宜時(shí)， 就成為蚊、蠅和細(xì)菌生存、繁殖的溫床， 從而間接危及人體健康。產(chǎn)生的二次污染物進(jìn)入大氣， 也可危害人體健康。

3.影響農(nóng)作物生長(zhǎng)

一方面， 因“經(jīng)濟(jì)”原因， 大棚膜、農(nóng)膜成為農(nóng)民朋友的必用之物。這些塑料在季節(jié)過(guò)后或老化后， 會(huì)破碎遺留在農(nóng)田表面和表層， 耕作時(shí)掩埋在土壤植物生長(zhǎng)層， 一、二百年不腐爛， 破壞土壤結(jié)構(gòu)， 影響植物生長(zhǎng)， 尤其是阻礙農(nóng)作物對(duì)水分的吸收和根系生長(zhǎng)， 導(dǎo)致農(nóng)作物收成降低。同時(shí)也會(huì)污染土壤和地下水。這就使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭受了長(zhǎng)期、深層次的破壞。據(jù)調(diào)查， 每畝地（ 北方） 若含殘膜3.9 公斤， 就可使玉米減產(chǎn)11～25%， 小麥減產(chǎn)9～16%。長(zhǎng)此下去， 將會(huì)影響我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4.危及動(dòng)物安全

遺棄的“白色垃圾”在風(fēng)力較小的情況下， 即可隨風(fēng)飄移， 散落各處。當(dāng)動(dòng)物誤食時(shí)會(huì)導(dǎo)致生病、死亡。北京動(dòng)物園羚羊、長(zhǎng)頸鹿有的誤食塑料袋致病，“國(guó)寶”大熊貓因誤食塑料袋致死事件也有發(fā)生。

5.填埋作業(yè)仍是我國(guó)處理城市垃圾的一個(gè)主要方法

由于塑料膜密度小、體積大，它能很快填滿場(chǎng)地，降低填埋場(chǎng)地處理垃圾的能力，使有限的土地資源不斷流失。而且，填埋后的場(chǎng)地由于地基松軟，垃圾中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)很容易滲入地下，污染地下水，危及周圍環(huán)境。

6.若把廢塑料直接進(jìn)行焚燒處理，將給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染

塑料焚燒時(shí)，不但產(chǎn)生大量黑煙，而且會(huì)產(chǎn)生迄今為止毒性最大的一類物質(zhì)：二惡英。二惡英進(jìn)入土壤中，至少需15個(gè)月才能逐漸分解，它會(huì)危害植物及農(nóng)作物；二惡英對(duì)動(dòng)物的肝臟及腦有嚴(yán)重的損害作用。焚燒垃圾排放出的二惡英對(duì)環(huán)境 的污染，已經(jīng)成為全世界關(guān)注的一個(gè)極敏感的問題。此外，塑料垃圾還會(huì)影響河道暢通，影響排水、發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)直接危害。

二、當(dāng)前白色污染的情況及產(chǎn)生原因

在城市，隨著社會(huì)發(fā)展， 生活節(jié)奏的加快， 一次性消費(fèi)品日益增多， 尤其是塑料購(gòu)物袋和一次性塑料餐盒、泡沫包裝制品的使用量劇增。

在農(nóng)村，地膜覆蓋是一項(xiàng)成熟的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，保水保肥、保持濕度，有效地增加和延長(zhǎng)作物生長(zhǎng)期，確保了農(nóng)作物產(chǎn)量的提高。但是隨著地膜覆蓋栽培年限的延長(zhǎng)，殘留地膜回收率低，土壤中殘膜量逐步增加，污染面擴(kuò)大，污染量增加。我國(guó)農(nóng)膜年產(chǎn)量百萬(wàn)噸，且以每年10的速度遞增。隨著農(nóng)膜產(chǎn)量的增加，使用面積也在大幅度擴(kuò)展，現(xiàn)已突破億畝大關(guān)。無(wú)論是薄膜還是超薄膜，無(wú)論覆蓋何種作物，所有覆膜土壤都有殘膜存在，污染量在不斷的增加。

造成白色污染的原因是多方面的，它涉及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理和觀念等諸方面的原因。從某種意義上講， 城市垃圾不能分類回收， 垃圾綜合處理及垃圾資源化水平低是產(chǎn)生白色污染的根本原因； 垃圾管理體系、經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 是產(chǎn)生白色污染的源層次原因； 塑料包裝制品價(jià)格低廉， 大部分免費(fèi)提供， 消費(fèi)者“不用白不用”的觀念根深蒂固， 用過(guò)后隨意丟棄， 是產(chǎn)生白色污染的直接原因。以往有關(guān)部門及個(gè)人把塑料垃圾難以降解看作是產(chǎn)生白色污染的主要原因， 因而缺乏對(duì)塑料垃圾的有效管理， 缺少鼓勵(lì)回收利用廢舊塑料的政策， 沒有建立相應(yīng)的管理措施和運(yùn)行機(jī)制， 致使白色污染問題長(zhǎng)期得不到解決。

三、如何治理白色污染

治理白色污染的有效途徑一方面是減少購(gòu)物塑料袋和農(nóng)用地膜的使用，另一方面將白色垃圾作為一種寶貴的資源回收利用， 這是治理白色污染的大趨勢(shì)。要依靠科技進(jìn)步充分利用好白色垃圾資源， 改變將白色垃圾作為廢物的傳統(tǒng)觀念， 高度認(rèn)識(shí)垃圾資源化對(duì)可持續(xù)發(fā)展的意義。依據(jù)國(guó)家對(duì)生活垃圾減量化、資源化這一指導(dǎo)思想， 結(jié)合城市的實(shí)際情況， 解決白色污染問題，應(yīng)切實(shí)做好以下幾方面的工作。

1.管理方面

1.1認(rèn)真貫徹執(zhí)行國(guó)家禁用塑料袋制度。自2008年6月1日起，各地禁止生產(chǎn)、銷售、使用超薄塑料購(gòu)物袋、并將實(shí)行塑料購(gòu)物袋有償使用制度，在所有超市、商場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)等商品零售場(chǎng)所實(shí)行塑料購(gòu)物袋有償使用制度，一律不得免費(fèi)提供塑料購(gòu)物袋 。

1.2 要加強(qiáng)對(duì)塑料垃圾的清收管理工作，各級(jí)政府要加強(qiáng)對(duì)城市塑料垃圾清收管理工作的組織領(lǐng)導(dǎo)

要充分利用各部門、各單位、街道社區(qū)、居民小區(qū)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生實(shí)行責(zé)任制的有效形式， 強(qiáng)化對(duì)塑料垃圾的管理， 作到責(zé)任落實(shí)、任務(wù)落實(shí)、人員落實(shí)。對(duì)垃圾倡導(dǎo)科學(xué)分類收集，不僅回收了大量的資源， 使垃圾資源得到充分利用， 而且大大減少了垃圾運(yùn)輸費(fèi)用， 簡(jiǎn)化其處理工藝， 降低垃圾處理成本。。

1.3 要建立建全廢棄塑料包裝制品的回收機(jī)制

收購(gòu)廢棄塑料包裝制品是治理白色污染的重要措施。要適當(dāng)提高廢棄塑料包裝制品的回收價(jià)格， 調(diào)動(dòng)各級(jí)回收部門的積極性。

1.4 建立健全塑料垃圾處置費(fèi)征收制度

這是有效抑制塑料包裝制品使用量和提高塑料垃圾資源化水平的重要手段。

1.4.1是向生產(chǎn)塑料包裝制品和一次性快餐盒的企業(yè)征收處置費(fèi)。生產(chǎn)制作塑料包裝制品及一次性快餐盒的企業(yè)必須對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)， 承擔(dān)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境造成污染危害的責(zé)任。根據(jù)國(guó)家“誰(shuí)污染誰(shuí)治理”的原則， 造成污染危害的企業(yè)應(yīng)按照產(chǎn)品的種類和數(shù)量繳納一定額度的治理資金， 用以支付遺棄在環(huán)境中的塑料包裝制品及一次性快餐盒在后期處置中的費(fèi)用。

1.4.2是向銷售和使用塑料包裝制品及一次性快餐盒的單位、業(yè)戶收取處置費(fèi)。通過(guò)適當(dāng)收取處置費(fèi)， 不但可以為塑料垃圾的回收利用籌集資金， 而且還會(huì)控制塑料包裝制品及一次性快餐盒的使用量， 還可以充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)杠桿在商品流通領(lǐng)域調(diào)整物品包裝、使用結(jié)構(gòu)的積極作用。

1.4.3是向城市居民征收垃圾處置費(fèi)。從一定意義上講， 城市居民是造成白色污染的主要和最終貢獻(xiàn)者。為從根本上解決城市垃圾尤其是白色污染問題， 應(yīng)加快制定征收居民生活垃圾處置費(fèi)的步伐， 進(jìn)而從征收的垃圾處置費(fèi)劃出必要資金以解決塑料垃圾的回收利用問題，加速城市生活垃圾減量化和資源化的進(jìn)程。

1.4.4是向使用農(nóng)膜、大棚膜的農(nóng)民征收垃圾處置費(fèi)。通常情況下， 大多數(shù)農(nóng)民把用過(guò)的農(nóng)膜、大棚膜隨意丟在田間空處， 不做任何處理。這些廢棄塑料遇風(fēng)后（ 尤其是農(nóng)膜） 到處漂移， 散落各處， 危害動(dòng)物安全， 影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。研制開發(fā)符合環(huán)保要求的各種塑料包裝替代產(chǎn)品， 使其盡快走進(jìn)市場(chǎng)， 這是解決白色污染的根本途徑。

2.技術(shù)方面

治理“白色污染”是一項(xiàng)社會(huì)系統(tǒng)工程，應(yīng)采取積極對(duì)策，運(yùn)用行政、科技、經(jīng)濟(jì)手段綜合治理。在現(xiàn)實(shí)生活中有許多一次性塑料廢棄物是很難收集的，如堆肥袋、垃圾袋、超市和早市用的輕型塑料包裝袋等，或即使強(qiáng)制收集，經(jīng)濟(jì)效益差甚至無(wú)效益的如中餐餐具、地膜等，這些領(lǐng)域采用可降解塑料就比較適宜。推薦采用可降解塑料被認(rèn)為是最佳選擇，在短期內(nèi)可降解碎裂成無(wú)害化碎片，從而達(dá)到塑料垃圾減容、減量、減輕或抑制環(huán)境污染的目的，而隨著時(shí)間的推移，最終可以完全降解回歸自然。

參考文獻(xiàn)

（1）王軍祥淺談大慶市生活垃圾現(xiàn)狀及治理對(duì)策黑龍江環(huán)境通報(bào)1998.4.

（2）馬興元廢聚苯乙烯泡沫塑料的綜合利用技術(shù)環(huán)境保護(hù)1999.3.

可降解高分子材料的降解途徑范文5

關(guān)鍵詞：生物降解性能；合成塑料；可生物降解塑料

中圖分類號(hào)：TQ321.4；X384 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）11-2481-05

塑料是人工合成的長(zhǎng)鏈高分子材料[1]。由于塑料具有優(yōu)秀的理化性能，如強(qiáng)度、透明度和防水性等，合成塑料已廣泛應(yīng)用于食物、藥物、化妝品、清潔劑和化學(xué)品等產(chǎn)品的包裝。塑料已經(jīng)成了人類生活中不可缺少的一部分，目前全世界大約有30%的塑料用于包裝，而且仍以每年高達(dá)12%的比率擴(kuò)展。

塑料材料在世界范圍內(nèi)的廣泛使用，在給人類生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大益處的同時(shí)也帶來(lái)了很多問題：如石油資源的大量消耗和塑料垃圾的日益增加等，它們會(huì)給人類未來(lái)的生活帶來(lái)難以估計(jì)的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。尤其是各種廢棄塑料制品的處理問題，已經(jīng)不單是簡(jiǎn)單的環(huán)境治理方面的問題，世界各國(guó)普遍已將其發(fā)展認(rèn)識(shí)成為值得重視的政治問題和社會(huì)問題。由于塑料在自然進(jìn)化中存在的時(shí)間較短，因此塑料可抵抗微生物的侵蝕，自然界中一般也沒有能夠降解塑料這種合成聚合物的酶[2]。目前塑料垃圾一般是通過(guò)填埋、焚化和回收處理掉。但不恰當(dāng)?shù)乃芰蠌U棄物處理往往是環(huán)境污染的重要來(lái)源，不僅直接危害人類的生存，而且潛在地威脅社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。比如聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）塑料的燃燒會(huì)產(chǎn)生二惡英的持久性有機(jī)污染物[3]。

由于與傳統(tǒng)塑料有相似的材料性質(zhì)，又具有非常好的生物降解性能[4]，以聚羥基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHAs）、聚乳酸（Polylactic acid，PLA）、 聚己內(nèi)酯（Polycaprolactone，PCL）等為代表的可生物降解塑料已開始廣泛應(yīng)用于各種包裝材料、醫(yī)療設(shè)備以及一次性衛(wèi)生用品生產(chǎn)，另外在農(nóng)田地膜生產(chǎn)中也已用作聚丙烯或聚乙烯的替代品[5]。可生物降解塑料的使用可降低石油資源消耗的30%～50%，進(jìn)一步緩解對(duì)石油資源的使用；另外可生物降解塑料制品的廢棄物可以進(jìn)行堆肥處理，所以與普通石油來(lái)源的塑料垃圾相比可避免人工分揀的步驟，這樣就大大方便了垃圾的收集和后續(xù)處理。因此，可生物降解塑料十分符合現(xiàn)在提倡的可持續(xù)發(fā)展的政策，以利于真正實(shí)現(xiàn)“源于自然，歸于自然”。

1 塑料降解概述

任何聚合物中的物理和化學(xué)變化都是由光、熱、濕度、化學(xué)條件或是生物活動(dòng)等環(huán)境因素引起的。塑料的降解一般包括光降解、熱降解以及生物降解等。

聚合物光降解的敏感性與其吸收來(lái)自對(duì)流層的太陽(yáng)輻射的能力直接相關(guān)。在非生物降解中，光輻射活動(dòng)是影響降解最重要的因素[6]。一般來(lái)說(shuō)，UV-B輻射（295～315 nm）和UV-A輻射（315～400 nm）會(huì)直接造成光降解；而可見光（400～760 nm）是通過(guò)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)加快聚合體降解的；紅外光（760～2 500 nm）則是通過(guò)加快熱氧化作用實(shí)現(xiàn)降解。大多數(shù)塑料傾向于吸收光譜中紫外部分的高能量輻射，激活電子更活躍的反應(yīng)，導(dǎo)致氧化、裂解和其他的降解。

聚合物的熱降解是由過(guò)熱引起的分子降解。在高溫下，聚合物分子鏈的遷移率和體積會(huì)發(fā)生改變，長(zhǎng)鏈骨架組分?jǐn)嗔?，發(fā)生相互作用從而改變聚合物特性[6]。熱降解中的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致材料學(xué)和光學(xué)性能的改變。熱降解通常包括聚合物相對(duì)分子質(zhì)量變化和典型特性的改變；包括延展性的降低、脆化、粉末化、變色、裂解和其他材料學(xué)性能的降低。

生物降解是塑料降解的最主要途徑，一般來(lái)說(shuō)，塑料在自然狀態(tài)下進(jìn)行有氧生物降解，在沉積物和垃圾填埋池中進(jìn)行厭氧降解，而在堆肥和土壤中進(jìn)行兼性降解。有氧生物降解會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水，而無(wú)氧生物降解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、水和甲烷[7]。通常情況下，高分子聚合物分解成二氧化碳需要很多不同種類的微生物的配合作用，一些微生物可將其降解為相應(yīng)的單體，另一些微生物能利用單體分泌更簡(jiǎn)單的化合物，還有一些微生物再進(jìn)一步利用這些簡(jiǎn)單化合物以實(shí)現(xiàn)聚合物的完全降解[1]。

生物降解是受很多因素控制的，包括微生物類型和聚合物特性（遷移率、立構(gòu)規(guī)整度、結(jié)晶度、相對(duì)分子質(zhì)量、功能團(tuán)類型以及取代基等），另外添加到聚合物中的增塑劑和添加劑等都在生物降解過(guò)程中起著重要作用[8]。降解過(guò)程中聚合物首先轉(zhuǎn)化成單體，然后單體再進(jìn)行礦化。大多數(shù)聚合物都難以通過(guò)細(xì)胞膜，所以在被吸收和生物降解進(jìn)入細(xì)胞前必須先解聚成更小的單體或寡聚體[9]。微生物降解起始于各種各樣的物理和生物推動(dòng)力。物理動(dòng)力（如加熱/冷卻、冷凍/熔化以及濕潤(rùn)/干燥）會(huì)引起聚合物材料裂化的機(jī)械破壞；微生物進(jìn)一步滲透，造成小規(guī)模溶脹和爆破。至少有兩種酶在聚合物降解中起著重要作用，它們分別是胞內(nèi)解聚酶和胞外解聚酶。胞外解聚酶將聚合物分解成短鏈分子，短鏈分子小到足以透過(guò)細(xì)胞膜，被胞內(nèi)解聚酶進(jìn)一步分解。

2 天然可生物降解塑料的生物降解

天然可生物降解塑料一般是指以有機(jī)物為碳源，通過(guò)微生物發(fā)酵而得到的生物降解塑料。主要以PHAs較多，其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯[Poly（3-hydroxybutyrate），PHB]、聚羥基戊酸酯[Poly（3-hydroxyvalerate），PHV]和其共聚物[Poly（3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate），PHBV][10]。微生物在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下產(chǎn)生并儲(chǔ)存PHAs，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)不受限時(shí)微生物會(huì)將其降解并代謝[11]。但是微生物儲(chǔ)存PHAs的能力未必能保證環(huán)境中微生物對(duì)PHAs的降解能力。微生物必須先分泌胞外水解酶，將聚合物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的羥基酸單體[7]。PHB水解產(chǎn)物為3-羥基丁酸，而PHBV的胞外降解產(chǎn)物為3-羥基丁酸和3-羥基戊酸[12]。這些單體都是水溶性的，可透過(guò)細(xì)胞壁，在有氧情況下進(jìn)行β-氧化和三羧酸循環(huán)，完全氧化為二氧化碳和水，厭氧情況下還會(huì)生成甲烷。實(shí)際上，在所有高等動(dòng)物血清中都發(fā)現(xiàn)了3-羥基丁酸，因此PHAs可用于醫(yī)學(xué)方面，包括用于長(zhǎng)期控制藥物釋放、手術(shù)針、手術(shù)縫合線、骨頭和血管替代品等。

目前已在多種環(huán)境中分離出大量可以降解PHAs的微生物[13，14]。在土壤中發(fā)現(xiàn)的Acidovorax faecilis、Aspergillus fumigatus、 Comamonas sp.、 Pseudomonas lemoignei和Variovorax paradoxus，在活性污泥中分離出的Alcaligenes faecalis和Pseudomonas sp.，在海水中發(fā)現(xiàn)的Comamonas testosteroni，存在于厭氧污泥中的Ilyobacter delafieldii以及在湖水中發(fā)現(xiàn)的Pseudomonas stutzeri對(duì)PHAs均具有降解能力。

PHB胞外解聚酶是微生物自身分泌的，對(duì)于環(huán)境中PHB的新陳代謝發(fā)揮著重要作用。很多PHB解聚酶已從Alcaligenes[15]、Comamonas[16]和Pseudomonas[17]的微生物中分離純化出來(lái)。對(duì)它們的基本結(jié)構(gòu)分析表明，這些酶由底物結(jié)合區(qū)、催化區(qū)和連接二者的聯(lián)合區(qū)域構(gòu)成。底物結(jié)合區(qū)域在結(jié)合PHB方面發(fā)揮著重要作用。催化部分包含一個(gè)催化單元，由催化三聯(lián)體（Ser-His-Asp）構(gòu)成。目前對(duì)于PHB解聚酶的性能研究已比較深入，研究顯示，PHB解聚酶相對(duì)分子質(zhì)量一般低于100 000，大多數(shù)PHA解聚酶相對(duì)分子質(zhì)量都在40 000～50 000；最適pH為7.5～9.8，只有來(lái)源于Pseudomonas picketti和Penicillium funiculosum的解聚酶的最適pH是5.5和7.0；在較寬的pH、溫度、離子強(qiáng)度等范圍內(nèi)穩(wěn)定；大多數(shù)PHA解聚酶都會(huì)受到絲氨酸酯酶抑制劑的抑制[18]。

3 聚合物共混材料的生物降解

聚合物共混材料是由可降解塑料和通用塑料混合制成的，其降解率取決于其中較易降解的成分，降解過(guò)程破壞聚合物的結(jié)構(gòu)完整性，增加了表面積，剩余聚合物暴露出來(lái)，微生物分泌的降解酶也會(huì)增強(qiáng)。目前常見的聚合物共混材料主要是以淀粉基為主要可降解部分的共混材料。

3.1 淀粉/聚乙烯共混物的生物降解

聚乙烯是一種對(duì)微生物侵蝕有很強(qiáng)抵御能力的惰性聚合物[19]。隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，生物降解也會(huì)減弱[20]。將容易生物降解的化合物如淀粉添加到低密度的聚乙烯基質(zhì)中，可加強(qiáng)碳-碳骨架的降解。與純淀粉相比，淀粉聚乙烯共混物的碳轉(zhuǎn)移率降低，在有氧的情況下轉(zhuǎn)移率較高。Chandra等[21]研究發(fā)現(xiàn)在Aspergillus niger、Penicillium funiculom、Chaetomium globosum、 Gliocladium virens和Pullularia pullulans混合真菌接種的土壤環(huán)境中，線性低密度聚乙烯淀粉共混物可有效地被生物降解。添加淀粉的聚乙烯的降解率取決于淀粉含量，而且對(duì)環(huán)境條件和共混物中的其他成分很敏感[22]。很多研究者在研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在淀粉/低密度聚乙烯共混物中添加改性淀粉后，改性淀粉可增強(qiáng)其在共混物中的可混合性和黏著力[23]。但是與未改性的淀粉/聚乙烯共混物相比，這種改性淀粉的生物降解率較低。

3.2 淀粉/聚酯共混物的生物降解

淀粉和PCL共混物被認(rèn)為是可完全降解的，這是因?yàn)楣不煳镏械拿糠N成分都是可生物降解的[24]，Nishioka等[25]已在活性污泥、土壤和堆肥中研究了不同等級(jí)商用聚酯Bionoll的生物降解能力。PHB解聚酶和脂酶均可以打開PHB的酯鍵，由于其結(jié)構(gòu)的相似性，這些酶還能降解Bionolle。Bionolle和低成本淀粉的混合物的開發(fā)研究可進(jìn)一步提高成本競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)在可接受的程度上維持其他性能。有研究表明，淀粉的添加大大提高了Bionolle組分的降解率[26]。

3.3 淀粉/水溶性聚合物聚乙烯醇共混物的生物降解

水溶性聚合物聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）與淀粉有更好的兼容性，而且這種共混物擁有良好的薄膜性能。很多這樣的共混物已得到發(fā)展并用來(lái)制作可生物降解包裝設(shè)備[27]。PVA和淀粉共混物也被認(rèn)為是可生物降解的，因?yàn)檫@兩種成分在多種生物環(huán)境下都是可生物降解的。從城市污水廠和垃圾堆埋區(qū)的活性污泥中分離出的細(xì)菌和真菌對(duì)淀粉、PVA、甘油和尿素共混物的生物降解能力數(shù)據(jù)表明，微生物可消耗淀粉、PVA的非結(jié)晶區(qū)、甘油和尿素增塑劑[27]，而PVA的結(jié)晶區(qū)未受降解影響。

3.4 脂肪族-芳香族共聚酯的生物降解

脂肪族-芳香族（Aliphatic-aromatic，AAC）共聚酯結(jié)合了脂肪族聚酯的生物可降解性和芳香族聚酯的高強(qiáng)度性能。為了降低AAC的成本經(jīng)?；旒拥矸?。與其他可生物降解塑料相比，AAC和低密度聚乙烯有更相似的特性，特別是吹膜擠出。AAC也符合食品保鮮膜的所有功能要求，如透明度、彈性和防霧特性，所以這種材料很適合用于水果和蔬菜的食品包裝。雖然AAC以化石燃料為基礎(chǔ)，但是它是可生物降解和堆肥降解的。通常情況下，它在微生物環(huán)境中12周就會(huì)被降解得肉眼不可見。

4 合成塑料的生物降解

4.1 聚乳酸聚酯的生物降解

聚乳酸（Polylactic acid，PLA）是一種線性脂肪族聚酯，它是由天然乳酸縮聚或是丙交酯的催化開環(huán)制得的。PLA中的酯鍵對(duì)化學(xué)水解作用和酶催化斷鍵都很敏感。PLA的應(yīng)用是其熱壓產(chǎn)品，如水杯、外賣食物餐盒、集裝箱和花盆盒。PLA在60 ℃或是高于60℃大規(guī)模的堆肥操作中可以完全降解。PLA的降解首先是水解成水溶性化合物和乳酸。這些產(chǎn)物被多種微生物快速代謝成CO2和水。Torres等[28]研究了Fusarium moniliforme、Penicillium roquefort 對(duì)PLA低聚物（相對(duì)分子質(zhì)量為1 000）的降解；Pranamuda等[29]報(bào)道了Amycolatopsis sp.對(duì)PLA的降解，而在Tomita等[30]的研究中也報(bào)道了Bacillus brevis對(duì)PLA具有降解能力。另外，已證明可使用專性酯酶如Rhizopus delemer脂肪酶降解小分子PLA（相對(duì)分子質(zhì)量為2 000）。

4.2 聚琥珀酸丁二酯的生物降解

聚琥珀酸丁二酯（Polybutylene succinate，PBS）具有優(yōu)良的機(jī)械性能，通過(guò)傳統(tǒng)的熔融技術(shù)可用于一系列終端產(chǎn)品。這些應(yīng)用包括地膜、包裝膜、塑料袋和易沖刷衛(wèi)生產(chǎn)品。PBS是水合式生物降解的，通過(guò)水解機(jī)制開始生物降解。在酯鍵處發(fā)生水解，相對(duì)分子質(zhì)量降低，使得微生物可進(jìn)行進(jìn)一步降解。

4.3 改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生物降解

改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）是在PET中添加乙醚、酰胺或是脂肪族單體共聚單體，由于它們的鍵能較弱而更容易通過(guò)水解作用進(jìn)行生物降解。這一降解機(jī)制包括酯鍵的水解與醚和酰胺鍵的酶促作用。改性PET可通過(guò)改變所使用的共聚單體調(diào)節(jié)和控制降解率。

5 聚氨酯的生物降解

聚氨酯（Polyurethane， PUR）是具有分子內(nèi)氨基甲酸酯鍵（碳酸酯鍵-NHCOO-） 的聚異腈酸酯和多元醇的縮合產(chǎn)物。據(jù)報(bào)道，PUR中的氨基甲酸酯鍵易受到微生物的進(jìn)攻。PUR的酯鍵水解作用被認(rèn)為是PUR的生物降解機(jī)制。已發(fā)現(xiàn)土壤中的4種真菌Curvularia senegalensis、 Fusarium solani、Aureobasidium pullulans和Cladosporium sp.可降解聚氨酯。Kay等[31]分離并研究了16種不同細(xì)菌降解PUR的能力。Shah[32]報(bào)道稱在埋于土壤中6個(gè)月的聚氨酯薄膜中分離出了5種細(xì)菌，它們分別被定義為Bacillus sp. AF8、 Pseudomonas sp. AF9、 Micrococcus sp. AF10、 Arthrobacter sp. AF11和Corynebacterium sp. AF12。

FTIR光譜可用來(lái)證明聚氨酯生物降解機(jī)制是聚氨酯中酯鍵的水解作用。聚氨酯生物降解能力取決于酯鍵的水解作用[33]。酯鍵降低的比率大約超過(guò)醚鍵50%，這與測(cè)量到的聚氨酯降解的數(shù)量相吻合。FTIR分析埋于土壤中6個(gè)月經(jīng)真菌作用后的PUR薄膜[34]，顯示2 963 cm-1（對(duì)照）至2 957 cm-1（試驗(yàn)）波峰有輕微下降，這表明在1 400～1 600 cm-1處C-H鍵的斷裂和C=C的形成。FTIR分析Corynebacterium sp.降解聚氨酯的分解產(chǎn)物表明聚合物的酯鍵是微生物酯酶進(jìn)攻的主要地方[31]。目前已分離并表征了兩種PU酶，它們分別是與細(xì)胞膜結(jié)合的PU酯酶和胞外PU酯酶[35]。這兩種酶在聚氨酯的生物降解中發(fā)揮著不同的作用。與膜結(jié)合的PU酯酶可提供細(xì)胞介導(dǎo)接近聚氨酯的疏水表面，然后胞外PU酯酶吸附在聚氨酯表面。在這些酶的作用下，細(xì)菌可以吸附在聚氨酯的表面并將PU基質(zhì)水解代謝掉。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)石油來(lái)源的通用塑料的過(guò)度使用已使得其成為當(dāng)今世界環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)?，因此可生物降解塑料取代通用塑料已?jīng)成為未來(lái)材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。這些可生物降解塑料的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其可生物降解性和可再生性，此外還具有許多優(yōu)良的理化性能，如熱塑性、生物相容性、產(chǎn)物安全性、成膜后具有高透明度、纖維的高拉伸強(qiáng)度以及易于加工等。但是應(yīng)該看到的是相關(guān)可生物降解塑料在自然界中降解往往十分緩慢，而且在PLA經(jīng)改性或制成產(chǎn)品后，其在環(huán)境中的降解就更為緩慢，因此在進(jìn)行可生物降解塑料合成和改性研究的同時(shí)，其生物降解研究也應(yīng)該受到重視，以實(shí)現(xiàn)其廢棄物快速完全降解，并建立有效的生物循環(huán)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品物料循環(huán)。

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可降解高分子材料的降解途徑范文6

白色污染；危害；治理；對(duì)策

塑料，曾經(jīng)被視為人類歷史上的一次偉大革命，極大地方便了人們的生活。但塑料制品是一把“雙刃劍”，它帶給人類的，除了便利，還有它對(duì)人類健康和環(huán)境的巨大危害。有人預(yù)言，N億年以后，地球上的一切生命都將滅亡，唯一幸存的，將是在地球表面飄來(lái)飄去的五顏六色的塑料。有“白色污染”之稱的塑料因而被評(píng)為20世紀(jì)“最糟糕的發(fā)明”。

1.“白色污染”的危害

塑料制品的生產(chǎn)工藝和流程并不復(fù)雜，生產(chǎn)成本也很低，加上市場(chǎng)需要量大，因而被大小企業(yè)甚至小作坊大量生產(chǎn)，被人們廣泛使用，由于它具有不可降解性，對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)人類健康的威脅有目共睹。

塑料填埋破壞土壤結(jié)構(gòu)。將塑料和其他垃圾一起埋入土壤，是人類處理垃圾的一種常見方式。但塑料是不可降解的，哪怕深埋入土，塑料200年也不會(huì)腐爛降解，它對(duì)土壤結(jié)構(gòu)具有極大的破壞性。農(nóng)用塑料薄膜老化后，殘留在田間的碎片不會(huì)分解腐爛，影響農(nóng)作物吸收水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。塑料容易成團(tuán)成捆，它甚至能堵塞水流，造成水利設(shè)施、城市設(shè)施故障，釀成災(zāi)害。

焚燒塑料污染空氣。由于土地資源有限，除了填埋，人們還會(huì)對(duì)塑料和其它垃圾進(jìn)行焚燒處理。焚燒塑料會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和有毒煙塵，不僅破壞臭氧層，很大一部分還會(huì)被人吸入體內(nèi)，嚴(yán)重危害人類身體健康。

塑料亂扔污染視覺環(huán)境。在農(nóng)村，風(fēng)景區(qū)，鐵路，河流，湖泊，我們經(jīng)常會(huì)看到花花綠綠飄來(lái)飄去的塑料袋，就像一粒粒落入眼中的沙子，刺痛著我們的雙眼。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境保護(hù)署估計(jì)，在海底垃圾中，有50%是塑料制品，也就是說(shuō)，平均每1平方英里的海域漂浮著4.6萬(wàn)塊塑料廢品。

生產(chǎn)塑料消耗大量資源。我國(guó)公民每天大約使用30億個(gè)塑料袋，每年的使用量大約在10000億個(gè)以上。我國(guó)每產(chǎn)1噸塑料袋需耗3噸石油，因此我國(guó)每年塑料袋的用量至少可供300萬(wàn)輛普通轎車行駛5年。我國(guó)每年進(jìn)口石油的1/3用于一次性塑料合成制品。

.危害人類和動(dòng)物健康。塑料制品含有一種叫鄰苯二甲酸二辛酯的物質(zhì)，它向環(huán)境釋放大量雌激素類物質(zhì)，影響人體內(nèi)雄激素的代謝途徑及其效能的正常發(fā)揮，從而會(huì)使男性胚胎在發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)尿道下裂。農(nóng)村、牧區(qū)、動(dòng)物園、海洋中的動(dòng)物有時(shí)會(huì)誤將塑料吞進(jìn)肚子，危害其健康。

2“白色污染”難于治理的原因

居民消費(fèi)習(xí)慣難改。多年來(lái)，人們已經(jīng)養(yǎng)成了享受免費(fèi)塑料袋的消費(fèi)習(xí)慣?，F(xiàn)代生活節(jié)奏加快，很多人都是下班以后直奔農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)或超市，不太可能先回家去拿菜籃子或布袋子再去買菜或購(gòu)物。很多人也不習(xí)慣隨身攜帶購(gòu)物袋，嫌麻煩或不方便。對(duì)塑料袋的巨大需求驅(qū)使大大小小的生產(chǎn)企業(yè)、小作坊明里暗里大量生產(chǎn)廉價(jià)的塑料袋。

民眾環(huán)保意識(shí)淡薄。作為發(fā)展中國(guó)家的中國(guó)人，受生活習(xí)慣、文化層次的影響，大多數(shù)人環(huán)保意識(shí)非常淡薄。很多人對(duì)塑料袋、電池以及很多生活中常用的物品對(duì)環(huán)境的污染知識(shí)知之甚少，有的人了解一些，但是有時(shí)圖方便省事的思想會(huì)戰(zhàn)勝一閃而過(guò)的環(huán)保念頭。有的人覺得環(huán)保是政府的事，一副“事不關(guān)己，高高掛起”的姿態(tài)，全然不顧日漸惡劣的生存環(huán)境對(duì)我們自身的影響。

替代用品價(jià)格太高。很多人都知道塑料袋污染環(huán)境，也都知道環(huán)保購(gòu)物袋很環(huán)保。但是由于環(huán)保購(gòu)物袋價(jià)格太高，享受慣了免費(fèi)塑料袋的人們，大多不愿意花“大價(jià)錢”去買購(gòu)物袋，而更愿意花幾毛錢去買塑料袋，或干脆直接在外面小攤上享受免費(fèi)的塑料袋，方便又經(jīng)濟(jì)。

職能部門監(jiān)管不力。為了限制塑料袋的使用量，2008年國(guó)家已經(jīng)發(fā)出“限塑令”，禁止生產(chǎn)厚度小于0.025毫米的塑料袋，禁止免費(fèi)提供塑料袋，但是近四年來(lái)，除了大型商場(chǎng)和超市提供免費(fèi)的紙袋、環(huán)保袋或收費(fèi)塑料袋外，數(shù)量龐大的個(gè)體攤販依然在肆無(wú)忌憚地提供免費(fèi)的、超薄的塑料袋。這和相關(guān)職能部門監(jiān)管不力不無(wú)關(guān)系。

3.治理“白色污染”的對(duì)策

加大“白色污染”危害宣傳，培養(yǎng)民眾環(huán)保意識(shí)。要采取多種形式，大力宣傳“白色污染”的危害，如通過(guò)開設(shè)電視專欄，在社區(qū)、學(xué)校、農(nóng)村、媒體、車站、公交車、商場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)等公共場(chǎng)所張貼公益廣告，將相關(guān)環(huán)保知識(shí)引進(jìn)大中小學(xué)課堂等方式，廣泛宣傳“限塑令”實(shí)施的重要意義，普及利用廢舊塑料生產(chǎn)超薄塑料袋用于食品包裝的危害和相關(guān)安全知識(shí)等，提高人們對(duì)“白色污染”危害的認(rèn)識(shí)，教育人們養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣。

加大政府補(bǔ)貼力度和技術(shù)攻關(guān)，推廣普及環(huán)保替代品。要限制和減少塑料的使用，僅靠人們的自覺自律是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，政府應(yīng)該更多地從方便民眾、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度考慮，加大便民袋、環(huán)保袋、可降解袋的研發(fā)和生產(chǎn)，如以紙漿、植物（比如玉米、秸稈、稻草）纖維等為原料生產(chǎn)一次性餐具和購(gòu)物袋。政府應(yīng)該加大對(duì)環(huán)保袋生產(chǎn)企業(yè)的補(bǔ)貼，促使企業(yè)降低生產(chǎn)成本從而降低售價(jià)，使消費(fèi)者更樂意接受。

健全約束機(jī)制和監(jiān)管機(jī)制，加大處罰力度。除了利益關(guān)系，相關(guān)職能部門監(jiān)管不力、處罰過(guò)輕，也是塑料生產(chǎn)企業(yè)和小作坊無(wú)視國(guó)家政策大肆生產(chǎn)塑料袋的重要原因。我們要制定相關(guān)的政策法規(guī)，對(duì)于仍舊違規(guī)生產(chǎn)塑料袋的企業(yè)給予其利潤(rùn)十倍以上的罰款，或者關(guān)停生產(chǎn)銷售塑料袋的工廠，從源頭上杜絕“白色污染”的產(chǎn)生。對(duì)大量產(chǎn)生廢舊塑料包裝物的行業(yè)也要加強(qiáng)管理，改變無(wú)人負(fù)責(zé)、無(wú)序堆放、隨意拋棄的現(xiàn)象。

充分調(diào)動(dòng)各職能部門，加強(qiáng)廢舊塑料的回收利用。要建立專門的塑料回收機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，鼓勵(lì)人們和商家將現(xiàn)有的塑料交由回收機(jī)構(gòu)統(tǒng)一處置銷毀。加快推行生活垃圾分類收集和分類處理，切實(shí)減少被混入垃圾焚燒或填埋的廢塑料數(shù)量。廢舊物資回收主管部門要加強(qiáng)對(duì)廢塑料的回收利用管理工作，指導(dǎo)、支持物資回收企業(yè)建立健全回收網(wǎng)點(diǎn)，充分利用價(jià)格杠桿和提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)等措施促進(jìn)廢塑料的回收，大力推進(jìn)規(guī)?；謷头旨?jí)利用，充分發(fā)揮塑料資源的效用。

運(yùn)用稅收杠桿，征收塑料使用稅。與收費(fèi)的措施相比，征稅帶有強(qiáng)制性，更容易推行，效果也比較顯著。2002年3月4日，愛爾蘭開始對(duì)塑料袋征稅（每個(gè)0.15歐元，2007年提高到了每個(gè)0.22歐元），這一政策直接導(dǎo)致塑料袋的使用量下降了95%，人均年消費(fèi)21個(gè)，而收稅前為328個(gè)。此后，比利時(shí)、瑞士、德國(guó)、西班牙以及荷蘭等國(guó)紛紛在2011年開始對(duì)塑料袋征稅，北愛爾蘭也在今年開始征稅。我們要研究制定抑制廢塑料的稅收政策，利用稅收杠桿，征收高額塑料使用稅、環(huán)境稅，將稅收收入專門用于環(huán)保項(xiàng)目，在減少塑料袋使用量的同時(shí)，提升公眾的環(huán)保意識(shí)，必將起到很好的治理“白色污染”的效果。

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