工业化的发展为人类提供了许多新材料,它们在不断改善人类物质生活的同时也带来了大量废弃物,使人类的生存环境迅速恶化。在众多的环境污染因素中,高分子化合物废弃物对环境的污染尤为严重。为此,生物降解材料在20世纪80年代后随着环境、能源等矛盾的凸显中而发展起来的新型材料,作为一种可自然降解的材料。在环保方面起到了独特的作用,其研究和开发已得到迅速发展,作为解决“白色污染”最为有效的途径,已引起环境专家、材料学家及更多领域人士的关注。
随着人们对生物可降解高分子材料的认识的不断深入,开发它的途径也变得多种多样。
生物可降解材料是指能够被自然界中的微生物、水、光、温度等因素分解而不会对环境造成污染的材料。根据其来源和性质的不同可以将生物可降解材料分为以下几类:
1.植物基生物可降解材料
是指以植物为原料制成的可降解材料。常见的有淀粉类、纤维素类、木质素类等。淀粉类生物可降解材料具有良好的可降解性和生物相容性,可广泛应用于食品包装、医疗用品等领域。纤维素类生物可降解材料具有较高的强度和刚性,可用于制造纸张、纤维板等产品。木质素类生物可降解材料则可用于制造高强度的木材替代品。
2.动物基生物可降解材料
是指以动物为原料制成的可降解材料。常见的有胶原蛋白、明胶、角蛋白等。这些材料具有良好的生物相容性和生物可降解性,可用于制造医疗用品、食品包装等产品。
3.微生物基生物可降解材料
是指以微生物为原料制成的可降解材料。这些材料具有良好的可降解性和生物相容性,可用于制造医疗用品、生物降解塑料等产品。
4. 天然高分子生物可降解材料
是指以天然高分子为原料制成的可降解材料。常见的有淀粉酯、壳聚糖、海藻酸等。这些材料具有良好的可降解性和生物相容性,可用于制造医疗用品、食品包装等产品。
生物降解机理大致有三种途径:
①生物物理作用:由于生物细胞增长而使聚合物组分水解,电离质子化而发生机械性的毁坏,分裂成低聚物碎片;
②生物化学作用:微生物对聚合物作用而产生新物质(CH4、CO2和H2O等);
③酶直接作用:被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。
而光——生物降解机理则是材料中的淀粉等生物降解剂首先被生物降解,增大表面,体积比,同时,日光、热、氧引发光敏剂等使高聚物生成含氧化物,并氧化断裂,分子量下降到能被微生物消化的水平。
进一步研究发现,不同的生物降解高分子材料的生物降解性与其结构有很大关系,包括化学结构,物理结构、表面结构等。
生物可降解材料作为一种环保、可持续发展的材料,具有广泛的应用前景,其性能和应用范围也将不断扩大。随着技术的不断进步,也得到了越来越多人的青睐,现已逐渐成为环保行业的新兴研究热点。
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