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化学合成生物降解高分子材料的研究现状

  2020-01-04    296  上传者:管理员

摘要:为减少塑料垃圾废弃污染物对环境的影响,文章对化学合成生物降解高分子材料开展了研究,对国内外近些年来运用化学方法进行合成的生物降解高分子材料做了主要介绍,并概括了合成的原理和方法、实验研究现状,以及研究热点。

  • 关键词:
  • 化学合成
  • 生物降解
  • 研究
  • 聚酯
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1、降解性材料的类别以及特征


生物降解塑料是一种高科技生物产品,同时具有环保特点。按照合成方案的不同,生物降解塑料可分为三大种类。第一大种类,天然高分子。第二大种类,生物合成。第三大种类,人工合成。其中天然高分子材料的物理特性,极容易被微生物所分解,其生物相容性能比较高,因此所降解的产物可以很好地进行吸收。但是它的缺点是力学和加工性能不是特别好,降解的时间不能够进行精准控制和计算,并且合成塑料的质量稳定性比较差。微生物合成的特点是其中含有的聚酯有很高的溶解性,其缺点是物理性能比较差。人工合成的优点是可以运用化学的方式对合成的种类进行分子设计,并且可以在分子链中引用不同种类和数量的基团,形成的聚合物包含能做应用的物理化学性质,从而实现可人为掌控降解速度,以此来满足人类的生产生活需要。所以,现阶段国内外研究通过化学合成生物降解材料方法有很多种。

现阶段,生物降解性聚合物研究主要应用类型是聚酯类型聚合物,此类聚合物的主链各结构单元遇水分解成酯键并且进行相互连接,主链的特点十分柔顺,因此其特性是极易被自然界中存在的微生物或者动物体内的消化酶所分解、代谢,最后成为人类赖以生存的水资源和二氧化碳。现如今,用于工业的聚酯类型聚合物,有聚乳酸、聚已内酯、聚乙醇酸等。其中聚酯的化学合成方法运用的是缩聚合法和开环聚合法。缩聚合法使用的原理是,将本身具有的官能团通过进行脱水酯发生反应后形成聚酯的过程。这种化学方法得到的聚酯,所包含的特性是分子量比较低。开环聚合使用方案是通过交酯或者是环内酯类单个体,从中运用开环聚合的化学反应,从而得到聚酯,其特点是聚酯分子量特别多可高达几十万。其缺点是不容易被溶解,且熔点较低,力学性能极差等,所以运用化学变化进行脂肪类聚酯研究的性能比较活泼些。

在化学合成生物降解聚酯中,其中脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯的优点是熔点较高具有良好的物理性,可以很好的适用于多种化学变化,通过运用二醇可以改变物理性能。


2、分子链中存在的官能团聚合物


将不同官能团引入到聚酯分子的主链当中,通过化学变化来控制官能团的种类和数量,从而达到提高聚酯的化学性能和降解速度加快的目的。此种类型的聚合物大多数运用的是酯键化学水解反应,从而达到降解的效果。

2.1 脂肪族聚酰胺酯

脂肪族聚酰胺酯分子材料的特点。其是一种新型的分子材料,可生物降解较高,其分子链中含有酯键成分给与聚合物良好的降解性能。另一方面酰胺键分子存在很大程度上改善了聚酯的力学性能,并且增加了聚酯的可塑性。根据大量调查结果显示,聚酰胺酯中含有大量的酰胺-酰胺进行相互组合的氢键,而聚合物的降解分式上主要依靠的是酯键,因此聚合物中酯键段越多,那么分解的速度就会相应加快。所研制出的生物降解酰胺聚酯聚合物力学性能比较好,再加上可塑性较强,所以广泛应用于生物医学材料和环境友好材料等领域。

2.2 聚醚酯

聚酯主链改善方法,可以运用聚醚酯特有的亲水性醚键以及具有疏水性能的聚酯两者之间发生化学反应。其方法是运用聚乙二醇放置到聚酯的主链上,依靠大分子进行化学反应而得来的。通过研究得知,把PEG作为大分子单位和丁二酸、丁二醇共聚,所得到的嵌段共聚物的分子量大约在5万左右,分子数量不是很高,但是PEG的屈服强度明显下降,其断裂伸长率增加明显。从综合因素进行考量,PEG因价格优惠等优点,现阶段被广泛运用。聚醚酯作为一种生物性材料,没有一份研究报告中提及到关于PEG生物学相容性以及无毒性方面的研究,此项问题是以后研究人员所要重点考虑的问题。

2.3 聚氨酯材料

聚氨酯运用化学变化方式,把具有刚性性能的氨基甲酸酯融入到聚酯锻链当中进行发生化学反应,从而得到名为聚氨酯的聚酯软段,通过调节材料配比得到的软段可以有效控制聚氨酯的降解速度,其应用涉及面比较广泛,大多数应用于医学材料当中。


3、结语


降解高分子材料是减少污染的有效途径,世界各国正在努力研究和开发,并且进行推广和应用,其市场前景十分广阔。假如研制成功,都会对人们的生活以及环境带来极大的好处。但是降解高分子结构也存在一些问题,比如价格相对较高,是普通塑料产品的5到10倍。而降解性问题还需要进一步研究,因此,今后降解高分子材料要向化学合成方面靠拢。


参考文献:

[1]倪永标,宋锦柱,向斌,等.食品包装用可生物降解高分子材料的应用进展[J].中国包装,2018,38(10):54-57.

[2]刘裕红.生物降解高分子材料的研究现状及应用前景[J].农业与技术,2014,34(09):18-19.


苏熹.化学合成生物降解高分子材料的研究现状[J].化工管理,2019,(13):69. 

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