Bioloģiski noārdāmās polimēru plastmasas izstrāde un pielietošana, bioloģiski noārdāmās plastmasas ir sava veida jauna veida polimēru materiālu noārdīšanas funkcija, lietošanas procesā tas ir saistīts ar tāda paša veida parasto plastmasu ar atbilstošu veselību un atbilstošu pielietojuma veiktspēju, un pēc pilnīgas funkcionēšanas materiāls var ātri noārdīties dabiskās vides apstākļos, kļūst viegli izdalāms vides fragmentiem vai sasmalcināts, un laika gaitā tālāka degradācija galu galā kļūst par oksidācijas produktiem (CO2 un ūdens), atgriežoties dabā.
Bioloģiski noārdāmo izstrāde un pielietošanapolimēru plastmasa, bioloģiski noārdāmā plastmasa ir sava veida jauna veida polimēru materiālu noārdīšanas funkcija, lietošanas procesā tas ir saistīts ar tāda paša veida parasto plastmasu ar atbilstošu veselību un atbilstošu pielietojuma veiktspēju, un pēc tās pilnīgas funkcijas materiāls var ātri noārdīties dabiskās vides apstākļos, kļūst viegli izdalāmi vides fragmenti vai sasmalcināti, un ar laiku tālāka degradācija galu galā kļūst par oksidācijas produktiem (CO2 un ūdens), atgriežoties dabā.
Pamatojoties uz plastmasas atkritumu radīto vides piesārņojumu, kā arī vides aizsardzības pieprasījumu un cilvēku vajadzībām, steidzami jāpēta noārdāmie polimēru materiāli.Konkrētā laikā un noteiktos vides apstākļos mainīsies bioloģiski noārdāmās plastmasas ķīmiskā struktūra.Atbilstoši ķīmiskās struktūras izmaiņu iemesliem bioloģiski noārdāmo plastmasu var iedalīt divās kategorijās: bioloģiski noārdāmā plastmasa un fotodegradējamā plastmasa.
1. Degradējamo plastmasu noārdīšanās mehānisms
Vispārīgi runājot, noārdāma plastmasa attiecas uz plastmasas veidu, kas var sadalīties mazās molekulās, augsnē vai saules starojumā iedarbojoties mikroorganismiem. Tai jāatbilst produktu lietošanas prasībām un viegli apstrādājamai, pamatojoties uz bioloģiski noārdāmas īpašības.Saules gaismas iedarbība uz polimērmateriāliem ir visaptveroša ultravioletās gaismas iedarbība saules gaismā un skābekļa gaisā, tāpēc to sauc arī par fotooksidācijas degradāciju.Kā piemēru ņemiet poliolefīnu, lai izskaidrotu fotooksidācijas degradācijas mehānismu.Būtībā fotooksidācija izraisa ķēdes pārrāvumu vai polimēru šķērssavienojumu, un šajā procesā veidojas dažas skābekli saturošas funkcionālās grupas, piemēram, karbonskābes, peroksīdi, ketoni un spirti.Katalizatoru atliekas polimēros un peroksīda un karboksilgrupu ierosināšana, kas tiek ievadītas apstrādes laikā, ir galvenie degradācijas avoti.
Mikroorganismu (galvenokārt sēnīšu, baktēriju vai aļģu utt.) iedarbībā polimēri var erodēt vai metabolizēties, izraisot izmaiņas to ķīmiskajā struktūrā un molekulmasas samazināšanos.Darbības mehānismu galvenokārt var iedalīt divās situācijās:
(1) biofizikālā darbība.Tas ir, pēc plastmasas izstrādājumu erozijas, ko veic mikroorganismi, bioloģisko šūnu augšana, veicina polimēru sadalīšanos, jonizāciju vai protonu, šī fiziskā iedarbība uz polimēru izraisīja mehāniskus bojājumus, polimēra lielo molekulmasu oligomēru fragmentos, lai sasniegt fiziskās degradācijas mērķi.
(2) bioķīmiskā iedarbība — tieša enzīmu darbība.Šo situāciju izraisa sēnīšu vai baktēriju izdalīto enzīmu erozija, kas izraisa plastmasas šķelšanos vai oksidatīvu sadalīšanos un izraisa nešķīstošu polimēru sadalīšanos vai oksidatīvu sadalīšanos ūdenī šķīstošos fragmentos, radot jaunus mazmolekulārus savienojumus (CH4, CO2 un H2O) līdz galīgajai sadalīšanai.
Parasti pastāv divas hipotēzes par polimēru materiālu bioloģiskās noārdīšanās mehānismu, kas izraisa bioloģisko noārdīšanos.Otrs ir invazīvs griezums no ķēdes gala.Tāpēc materiālu strukturālās īpašības, piemēram, sastāvs, galvenās un sānu ķēdes struktūra, gala grupu lielums un telpiskās steriskās pretestības esamība vai neesamība, ir galvenie faktori, kas ietekmē to degradācijas veiktspēju.Starp tiem lielāka ietekme ir galvenajām ķēdes īpašībām.Ja polimēra galvenā ķēde satur saites, kas ir viegli hidrolizējamas, tā būs viegli bioloģiski noārdāma.Otrkārt, ja mugurkauls ir elastīgs, noārdīšanās ātrums būs salīdzinoši ātrs, savukārt, ja mugurkauls ir stingrs un sakārtots, degradācijas ātrums būs lēns.
Polimēru materiālu bioloģisko noārdīšanos samazina sazarošana un šķērssavienojumi.Piemēram, hidrofobu grupu ieviešana polipienskābes (PLA) molekulārās ķēdes beigās var samazināt erozijas ātrumu degradācijas sākotnējā stadijā.Tas ir tāpēc, ka sākotnējā degradācijas procesā PLA erozija galvenokārt ir atkarīga no molekulārās ķēdes gala struktūras, un hidrofobu grupu pievienošana noved pie tā erozijas ātruma samazināšanās.Turklāt daži pētnieki ir pētījuši polimēru ķīmisko struktūru un materiālu relatīvo molekulmasu, kam ir svarīga loma to degradācijā.
2. Biodegradējamo plastmasu izstrāde
Bioloģiski noārdāmās plastmasas attīstības virziens nākotnē var būt šāds:
(1) bioloģiski noārdāmās plastmasas tika sagatavotas, pētot noārdāmo polimēru bioloģiskās noārdīšanās mehānismu, un tika pētīta un izstrādāta bioloģiski noārdāmo plastmasu blokkopolimerizācija ar esošajiem parastajiem polimēriem, mikrobu polimēriem un dabiskajiem polimēriem.
(2) meklēt mikroorganismus, kas spēj ražot polimēru plastmasu, izpētīt jaunus polimērus, detalizēti analizēt to sintēzes mehānismu, uzlabot to produktivitāti, izmantojot esošās metodes un gēnu inženierijas metodes, un pētīt efektīvas mikroorganismu kultivēšanas metodes.
(3) pievērst uzmanību noārdīšanās ātruma kontrolei, izstrādāt efektīvus noārdīšanās veicinātājus un stabilizatorus, lai uzlabotu noārdāmās plastmasas bioloģisko noārdīšanos, samazinātu to izmaksas un paplašinātu pielietojumu tirgū.
(4) izpētīt un izveidot vienotu noārdāmās plastmasas definīciju, bagātināt un uzlabot bioloģiskās noārdīšanās novērtēšanas metodi un turpināt izprast noārdīšanās mehānismu.
Publicēšanas laiks: 13.08.2019