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可降解高分子材料的降解途径范文1
随着塑料工业的快速发展，塑料产品已经广泛应用到人们的生活当中，给人类带来了许多的便利，与此同时，由于人们对其大量需求致使废弃物中的塑料越来越多，这对生态环境造成了严重的污染。因而，现在许多科学家都在寻找新的环境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就属于环境友好型材料，这其中最受人们关注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成危害。人们之所以选择聚乳酸作为环境友好型材料来研究，是因为聚乳酸具有强度高，透明性好，生物相容性好等优点，可以应用于很多领域，包括医用、包装、纺织等。但是由于其结晶性能差，脆性大等缺点，使其在某些性能方面存在严重的不足，这就严重限制了聚乳酸的应用[1]。为了使聚乳酸能够更好的应用到各个领域，研究者们对其进行表面改性，使其性能得到改善，能够得到更好的应用。
1.生物可降解高分子材料
生物可降解高分子材料是环境友好型材料中最重要的一类。它是指在一定条件下，一定的时间内，能被细菌、真菌、霉菌、藻类等微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的一类高分子材料。由于其具有无毒、生物降解及良好的生物相容性等优点，生物降解高分子被广泛应用于医药、一次性用品、农业、包装卫生等领域。按照来源的不同，可将其分为天然可降解高分子和人工合成可降解高分子两大类。
天然可降解高分子：有淀粉、纤维素、蛋白质等，这类高分子可以自然生长，并且降解后的产物没有毒性，但是这类高分子大多不具备热塑性，加工起来困难，因此不常单独使用，只能与其它高分子材料掺混使用。
人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。这类聚酯的主链大多为脂肪族结构单元，通过酯键相连接，主链比较柔软，容易被自然界中微生物分解。与天然可降解高分子材料相比较，人工合成可降解高分子材料可以在合成时通过控制温度等条件得到不同结构的产物，从而对材料物理性能进行调控，并且还可以通过化学或物理的方法进行改性[2]。
在以上众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难，成本高，不被人们选中，因此，人们把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，这其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、优异的力学强度和刚性等性能，在诸多人工合成可降解高分子材料中脱颖而出，被人们所选中。
2. 聚乳酸材料
在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年来最受研究者们关注的一种。它是一种生物可降解的热塑性脂肪族聚酯，是一种无毒、无刺激性，具有良好生物相容性、强度高、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过发酵玉米等粮食作物获得，因此它的合成是一个低能耗的过程。废弃的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解产物经光合作用后可再形成淀粉等物质，可以再次成为合成聚乳酸的原料，从而实现碳循环[3]。因此，聚乳酸是一种完全具备可持续发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。迄今为止，学者们对聚乳酸的合成、性质、改性等方面进行了深入的研究。
2.1聚乳酸的合成
聚乳酸以微生物发酵产物-乳酸为单体进行化学合成的，由于乳酸是手性分子，所以有两种立体结构。
聚乳酸的合成方法有两种；一种是通过乳酸直接缩合；另一种是先将乳酸单体脱水环化合成丙交酯，然后丙交酯开环聚合得到聚乳酸[4]。
2.1.1直接缩合[4]
直接合成法采用高效脱水剂和催化剂使乳酸低聚物分子间脱水缩合成聚乳酸，是直接合成过程，但是缩聚反应是可逆反应，很难保证反应正向进行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工艺简单，与开环聚合物相比具有成本优势。因此目前仍然有大量围绕直接合成法生产工艺的研究工作，而研究重点集中在高效催化剂的开发和催化工艺的优化上。目前通过直接聚合法已经可以制备具有较高分子量的聚乳酸，但与开环聚合相比，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较难。
2.1.2丙交酯开环缩合[4]
丙交酯的开环聚合是迄今为止研究较多的一种聚乳酸合成方法。这种聚合方法很容易实现，并且制得的聚乳酸分子量很大。根据其所用的催化剂不同，有阳离子开环聚合、阴离子开环聚合和配位聚合三种形式。（1）阳离子开环聚合只有在少数极强或是碳鎓离子供体时才能够引发，并且阳离子开环聚合多为本体聚合体系，反应温度高，引发剂用量大，因此这种聚合方法吸引力不高；（2）阴离子开环聚合的引发剂主要为碱金属化合物。反应速度快，活性高，可以进行溶液和本体聚合。但是这种聚合很难制备高分子量的聚乳酸；（3）配位开环聚合是目前研究最深的，也是应用最广的。反应所用的催化剂主要为过渡金属的氧化物和有机物，其特点为单体转化率高，副反应少，易于制备高分子量的聚乳酸。但是开环聚合有一个缺点，所使用的催化剂有一定的毒性，所以目前寻找生物安全性高的催化剂成为配位开环聚合研究的重要方向。
2.2聚乳酸的性质
由于乳酸单体具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三种立体构型：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，也是最容易制备的。PLLA是半结晶型聚合物，具有良好的强度和刚性，但是其缺点是抗冲击性能差，易脆性断裂。而PDLLA是无定形的透明材料，力学性能较差[5]。
虽然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、优异的力学强度和阻隔性，但是聚乳酸作为材料使用时有明显的不足之处；韧性较差并且极易弯曲变形，结晶度高，降解周期难以控制，热稳定性差，受热易分解，价格昂贵等。这些缺点严重限制了聚乳酸的应用与发展[6]。因此，针对聚乳酸树脂原料进行改性成为聚乳酸材料在加工和应用之前必不可少的一道工序。
2.3聚乳酸的改性
针对聚乳酸的以上缺点，研究者们对其进行了增韧改性、增强改性和耐热改性，用以改善聚乳酸的韧性和抗弯曲变形能力，提高热稳定性，进一步增强聚乳酸材料。
2.3.1增韧改性
在常温下聚乳酸是一种硬而脆的材料，在用于对材料要求高的领域，需要对其进行增韧改性。增韧改性主要分为共混和共聚两种方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合过程中工艺比较复杂，并且生产成本高，因此在实际工业生产中，主要用共混法来改善聚乳酸的韧性。共混法是将两种或两种以上的聚合物进行混合，通过聚合物各组分性能的复合达到改性目的[7]。为了拓展聚乳酸材料在工程领域的用途，研究者们常采用将聚乳酸与其它高聚物共混，这样一方面能够改善聚乳酸的力学性能和成型加工性能，另一方面也为获得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途径。
增韧改性所用的共混法工艺比较简便，成本相应低一些，在实际工业生产中更加实用。不过受到聚乳酸本身的硬质和高模量限制，共混法改性目前主要方向为增韧、调控亲水性和降解能力。
2.3.2增强改性
聚乳酸本身为线型聚合物，分子链中长支链比较少，这就使聚乳酸材料的强度在一些场合满足不了使用的要求。因此要对其进行增强改性，使其强度达到要求。目前主要采用了玻璃纤维增强、天然纤维增强、纳米复合和填充增强等技术来对聚乳酸进行改性，用以提高聚乳酸材料的力学性能[7]。
目前，植物纤维和玻璃纤维对增强聚乳酸的力学性能效果相差不大，但是植物纤维价格低廉，并且对环境友好，因而成为对聚乳酸进行增强改性的常见材料。而填充增强引入了与聚合物基体性质完全不同的无机组分并且综合性能提升明显，因此受到广泛的关注。这其中，以纳米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的热稳定性、力学强度、气体阻隔性、阻燃性等多种性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人体骨骼移植、骨骼连接销钉等医学材料。
2.3.3耐热改性
耐热性差是生物降解高分子材料共有的缺点。聚乳酸的熔点比较低，因此它在高温高剪切作用下易发生热降解，导致分子链断裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要对聚乳酸进行耐热改性，用以提高其加工性能，通常采用严格干燥、纯化和封端基等方式提高其热稳定性[8]。目前，添加抗氧剂是提高聚合物耐热性的常用方法，除了采用添加改性或与其它树脂共混改性来提高聚乳酸耐热性，还可以通过拉伸并热定型的方法提高聚乳酸的耐热性，与此同时，还可以改善其聚乳酸复合材料韧性和强度。在纺织、包装业等领域有很好的应用。
从上述几种改性结果来看，与聚乳酸相比，改性后的聚乳酸复合材料综合性能等方面都得到了全面的提升，在医学、纺织、包装业等领域都得到了很好的应用。因此，聚乳酸复合材料得到了人们的喜爱与关注，并逐渐将人们的生活与之紧紧联系在了一起。成为国内外研究者所要研究的重点对象。
3.聚乳酸复合材料及研究进展
3.1聚乳酸复合材料
经过改性剂改性过的聚乳酸复合材料是一种新型复合材料，它是以聚乳酸为基体，在其中加入改性剂混合用各种方式复合而成的。同时它具备与聚乳酸相同的无毒、无刺激性、良好的生物相容性等性质，但是在性能方面要都优于聚乳酸。聚乳酸复合材料在柔顺性、伸长率、力学、电、热稳定性等方面都表现出了优异的性能，目前已经将其应用与医学、农业、纺织、包装业和组织工程等[9]领域，应用非常广泛。
聚乳酸复合材料可以在微生物的作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成任何的危害，加上其在各个方面都具有优异的性能，可以用于各个领域。因此成为了新一代的环境友好型材料被国内外的研究者们广泛关注。目前，就聚乳酸复合材料的研究，国内外研究者们都取得了一定的成果和进展。
3.2聚乳酸复合材料研究进展
由于聚乳酸作为生物相容，可降解环境友好材料，存在着结晶速度慢、结晶度低、脆性大等缺陷，将需要与具有优异导电、导热、力学性能，生物相容性等优点的填料复合进行填充改性[10]。这个方法成为目前国内外研究的重点。对于聚乳酸复合材料的研究以下是国内外研究者的研究进展。
盛春英[1]通过溶液共混法制备了聚乳酸/碳纳米管复合物，用红外光谱和DSC研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶性能，重点研究了CNTs的种类、管径、管长、质量分数以及聚乳酸分子量对复合物结晶性能的影响，以及等温结晶对复合材料拉伸性能的影响。
范丽园[2]将左旋聚乳酸和纳米羟基磷灰石用含有亲水基团的JMXRJ改性剂，通过溶液共混法，加强两者亲水性能和结合能力。以碳纤维为增强体，制备出碳纤维增强改性PLLA基复合材料。并分析其化学结构、结晶行为、热性能以及等温结晶时晶球变化。
张东飞等[3]人介绍了碳纳米管制备的三种方法，即石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法，并阐述了碳纳米管导热基本机理，对碳纳米管应用于复合材料热传导性能进行了研究与展望。
赵媛媛[4]采用溶液超声法，选用多壁碳纳米管作为填充物，制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其进行改性研究。以碳纳米管化学修饰及百分含量的变化对其在PLLA基体中的分散性、形态、结晶行为、力学性能和水解行为的影响为主要研究对象。
张凯[5]通过对有效的碳纳米管分布对复合材料的导电性能进行研究。并重点从形态调控角度，调节碳纳米管在高分子基体中的有效分布，构建了高效的导电网络。并从晶体排斥、相态演变、隔离的角度，设计三种不同形态的导电聚乳酸/复合材料，降低了材料的导电逾渗值。
冯江涛[6]通过采用混酸处理、表面活性剂修饰和表面接枝三种方法对对碳纳米管表面进行修饰，利用溶剂蒸发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，采用红外吸收光谱、拉曼光谱、偏光显微镜、透射电镜、扫描电镜、差示扫描量热分析仪对复合材料的表面形貌和结构进行了分析和总结。
李艳丽[7]通过混合强酸酸化与马来酸酐接枝相结合，对碳纳米管表面修饰，增强了碳纳米管与聚乳酸之间的界面相互作用，获得了碳纳米管分散均匀的聚乳酸/碳纳米管纳米复合材料。并且研究不同条件下碳纳米管对聚乳酸结晶行为的影响，发现碳纳米管对聚乳酸的结晶有明显的异相成核作用。
许孔力等[8]人通过溶液复合的方法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其力学性能和电学性能进行了详细的研究，而且对复合材料的应用前景进行了展望。
李玉[9]通过将聚乳酸与具有优异导电、导热、力学性能、生物相容性的碳基纳米填料进行填充改性。考察了静电纺丝参数对聚乳酸纤维的形貌影响，并且考察了不同含量的碳纳米管对复合纤维形貌和结构的影响。此外，还对静电纺丝和溶液涂膜制备工艺对复合材料性能影响。
赵学文[10]通过将碳纳米粒子引入聚合物共混体系实现了复合材料的功能化与高性能化。并且他们提出一种基于反应性碳纳米粒子的热力学相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增强了材料的力学性能，同时赋予了导电等功能。
Mosab Kaseem等[11]人通过热、机械、电气和流变性质对聚乳酸基质中碳纳米管的类型、纵横比、负载、分散状态和排列的依赖性。对不同性能的研究表明，碳纳米管添加剂可以提高聚乳酸复合材料的性能。
Mainak Majumder等[12]人通过对聚乳酸/碳纳米管复合材料制备和表征方面的研究，
综述有关碳纳米管在聚乳酸基质中分散的有效参数。并且将聚乳酸与不同材料结合用来改变其性能。
Wenjing Zhang等[13]人通过溶液共混制备了一系列PLLA/碳纳米管复合材料。测试了形态，机械性能和电性能。通过研究发现随着碳纳米管含量达到其渗透阈值，PLLA/碳纳米管复合材料的体积电阻降低了十个数量级。通过光学显微镜图像显示了纳米复合材料的球晶形态，用差示扫描量热法（DSC）测量，其结果显示，随着碳纳米管含量的增加，冷结晶温度升高。
Eric D等[14]人通过研究在半结晶聚合物碳纳米管复合材料中，碳纳米管被视为可以影响聚合物结晶的成核剂。但是，由于碳纳米管的复杂性。不同的手性，直径，表面官能团，使用的表面活性剂和样品制备过程可能会影响复合材料结晶。研究了半晶复合材料的结构，形态和相关应用。简要介绍聚合物中的结晶和线性成核。使用溶液结晶方法揭示了界面结构和形态。
Kandadai等[15]人通过拉曼光谱分析表明PLLA和碳纳米管之间的相互作用主要通过疏水的C-CH3官能团发生。复合材料的直流电导率随碳纳米管负载的增加而增加。导电的碳纳米管增强的生物相容性聚合物复合材料可以潜在地用作新一代植入物材料，从而刺激细胞生长和通过促进物理电信号传递来使组织再生。
从以上国内外研究者的研究进展中，可以看到，大部分的研究者都是通过溶液共混的方法制备聚乳酸复合材料，这种方法对于国内外的研究者们来说比较简便可靠。并且他们将制备好后的聚乳酸复合材料通过红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示扫描量热、拉曼光谱和偏光显微镜等手段进行其结构和性能的观察和分析，发现聚乳酸复合材料的性能在各个方面都有显著的提高，并且可以应用与各个领域，应用前景非常广阔。聚乳酸复合材料作为新一代性能全面的环境友好型材料，国内外的研究者们对聚乳酸复合材料的研究还在进行着，并且对于它的发展都有很高的期待。
4.本课题的研究思路及研究内容
4.1 研究思路
聚乳酸作为可降解生物材料，同时又具有生物相容性，力学性能好等优点。碳纳米管则具有良好的生物相容性，功能性等优点。将两种材料复合可以进一步改善聚乳酸结晶性能、力学性能、赋予其导电性。
对于聚乳酸/碳纳米管复合材料的制备可以通过共混法、原位聚合及静电纺丝法来制备，目前通常采用溶剂挥发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料。通过拉曼光谱、电子能谱、扫描电子显微镜、示差扫描量热来测定其结合能、材料表面形貌以及结晶、熔融温度等方面进行观察分析。
可降解高分子材料的降解途径范文2
关键字：新型高分子材料；高分子材料应用；新型高分子材料的开发
引言：
高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展。然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点，而现代工程技术的发展对高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的开发与应用尤为重要。纳米、导电、生物医用、生物可降解、耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件等高性能的新型高分子材料的开发与应用不但能解决现阶段的高分子材料所面临的问题，而且也将积极地推动高分子材料向功能化、智能化、精细化方向的发展。与此同时，我国十二五计划也将高分子材料的开发研究纳入了其中，作为其重要研究方向之一的新型高分子材料的开发研究必将会极大地推动我国材料技术的发展。
一、简述高分子材料
1.高分子材料
高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物为基础的材料。基本成分为聚合物，或以其含有的聚合物的性质为其主要性能特征的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。
2.国内外高分子材料开发现状
高分子材料与金属材料和无机非金属材料共同构成了应用性材料科学的最重要的三个领域。高分子材料凭借其独特的优势占领了巨大的市场。
世界高分子材料工业正在高速地发展着。世界合成树脂量从1950年的1.5M工增长到2005年的212M工，每年大概以5%的增长率在迅速地增长。现在塑料的产量早已超过了木材和水泥等结构材料的总产量。合成橡胶的产量也已超过了天然橡胶，而合成纤维的年产量在上个世纪80年代就已经达到了棉花、羊毛等天然和人造纤维的2倍。对于我国而言，目前我国是世界上最大的树脂进口国，每年进口的树脂数量大约是世界树脂总贸易的25%到30%。我国的树脂合成工业正高速地发展当中，树脂合成能力也在飞速地提高中。然而与西方发达国家仍然存在着差距。
3.开发新型高分子材料的重要意义和途径
自上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。
新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。就目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的工业化。在第二次世界大战中发展起来的高分子复合技术，以及出现于50年代的高分子合金化技术后。新的复合技术和合金化技术层出不穷。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产能力，更能体现出现代科技的高速发展。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料既可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
现阶段新型高分子材料大致包括高分子分离膜，高分子磁性材料，光功能高分子材料，高分子复合材料这几大类：
第一，高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过的半透性薄膜。采用这样的薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，与以往传统的分离技术相比，更加的省能、高效和洁净等，被认为是支撑新技术革命的重大技术。
第二，高分子磁性材料是磁与高分子材料相结合的新的应用。早期磁性材料具有硬且脆，加工性差等缺点。将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料，这样制成的复合型高分子磁性材料，比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品，还能与其它元件一体成型等。
第三，光功能高分子材料，是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前，这一类材料已有很多，应用也很广泛。
第四，高分子复合材料是指高分子材料和不同性质组成的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点具有各种材料的长处，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。
这些新型的高分子材料在人类社会生活，工业生产，医药卫生和尖端技术等方方面面都有着广泛的应用。例如，在生物医用材料界上，研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（PM-PPC）新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料：在工业污水的处理上，在不添加任何药剂的情况下，利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水：开发的聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂复合材料，这些材料比强度和比模量比金属还高，是国防、尖端技术方面不可缺少的材料；同样，在药物传递系统中应用新型高分子材料，在药剂学中应用，在包转材料中的应用等等。新型高分子材料已经渗透于人类生活的各个方面。
三、综述
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活。新型高分子材料的不断开发像纳米技术、荧光技术、导电技术、生物技术等的实施必将使得高分子材料在工业化的应用中不断进步。区别于我们已经开发研究成熟的一些传统材料，高分子材料的研究开发存在着无穷的潜力。正如一些科学家预言的那样，新型高分子材料的开发将有可能会带来现代材料界的一次重大革命。
参考文献：
[1]程晓敏，高分子材料导论[M]，安徽大学出版社2006，
[2]于金海，应用新型可降解材料修复腹壁缺损的实验研究[J].中国知网论文总库2010
[3]赵利利，论新型高分子材料的开发与应用[J]，科技致富向导，2011.（02）.
可降解高分子材料的降解途径范文3
关键词：微波技术；高分子材料；加工
一、引言
人们的日常生活中常使用微波炉，这种电器设备具有较快的热效率，能够快速加热食物，并且不会流失营养成分。而这种电器正是运用了微波技术，除了在食品领域，该项技术还在其他领域中有着广泛的应用，并取得了理想的效果。以高分子材料加工中对微波技术的应用威力，相较于传统加工技术，微波加热的速率更快，并且基于脉冲技术的支持，能够实现对温度的有效控制。其次，微波加热不会存在热滞后反应，材料能够直接吸收微波，不会通过容器传导而导致能量流失；此外，微波加热的热梯度非常小，具有较强的穿透能力，加热的均匀度也相对理想。对于高分子材料而言，通过微波技术的应用，可以使其性能得到改善，达到理想状态。
二、基本原理与影响因素
就本质而言，微波加热的特点就在于介电位移或材料内部不同电荷的极化以及这种极化不具备迅速跟上交变电场的能力。在高频条件下，与电场相比，极化具有滞后性，并且其阐述的电流与电场同相位的分量存在差别，如此一来就会使材料内部功率散耗。
对于电场强度固定的电磁场而言，材料吸收的微博能与电磁辐射的频率，材料的介电损耗与电场强度之间的关系可以通过下式来表示：
其中P代表单位体积材料吸收的微波功率，K为一常数，f为频率，E为电场强度，[ε']表示介电常数，[tanδ]表示电损耗角正切。
根据（1）式，可以发现在电场强度或材料介电性质发生变化的情况下，材料吸收的微波也随之得到改变，然而大部分高分子材料具有非常小的介电损耗因数，一般情况下微波材料能够透过材料而不产生耗散。
如果加热速率受反应热的影响不予考虑，那么可以用下式来表示加热速率与材料吸收微波能量的关系：
其中[dTdt]表示加热速率，[ρ]表示材料密度，[CV]表示材料的定容比热。
从中不难发现，高分子材料的介电行为在很大程度上决定了加热速率。需要注意的是，[ε'']与温度有着密切联系，因此材料介电行为的函数与温度有关。
三、微波设备
在高分子材料加工中，微波的应用效率以及材料性能在很大程度上取决于微波设备。
现阶段，在实验中有着广泛应用的微波设备主要为商品化的多模式微波炉。这种设备属于多波设备，因此其温度控制难度较大，无法获取需要的加热曲线，在这种设备的应用下，产品性能的均匀性要求往往无法得到满足。其次，微波行波加热器则是基于矩形波导或圆波导产生行波，在设备中微波能会被物料吸收，进而实现加热。对于具有较大介电损耗因数的单位长度材料而言，这种设备具有较强的适用性，而其他材料并不适合这一设备。从上述两种设备的缺陷描述不难发现，微波设备的研究与开发势在必行。
在设备开发的过程中，微波发生器设计具有重要意义，这是提高微博能利用率的有效途径。美国研究人员针对一种间歇加工聚合物材料的单模可调谐振腔进行了开发，这种设备材料主要有金属铜或铝的圆波导，两端采用的金属短路相同，具体如下图所示。
根据上述高分子材料加工中应用的微波设备，不难发现谐振腔具有更强的适用性，该设备能够将微波能耦合进材料，并且现阶段在厚件复合材料的加工中也取得了成功。
自单模可调谐振腔诞生之后，又有更加先进的微波加工系统涌现出来，也就是计算机辅助微波加工系统与计算机控制脉冲微波加工系统。其中计算机控制脉冲微波加工系统可以基于功率输出开关的脉冲，在选定值范围内控制样品温度，与此同时，在反应过程中，该设备还可以对介电损耗因数变化进行检测。
四、研究进展及问题
总而言之，相较于传统加热，微波辐射的特点与优势非常突出，对于高分子材料加工领域的发展而言有着十分重要的影响与作用。再加上近年来相关研究人员围绕微波加工材料性能展开深入研究，并构建起聚合物结构与微波吸收特性的关系，显然在理论层面上为微波技术在高分子材料加工领域中的进一步运用提供了强有力的支持。当然不可否认的是，在聚合物材料加工中，微波技术的应用依然面临着一些困难与阻碍，例如目前相关人员并没有全面了解微波加热的影响因素。很多研究人员开始围绕分子结构与微波加工系统展开设计，希望通过此推动微波技术的应用与发展。在基础理论知识不断增长的背景下，相信在未来加工设计中，微波技术的经济效益将会得到全面提升，为工业的发展提供强有力的支持。此外，加工安全性、设备问题以及加工规模等也是微波技术在应用实践中需要考虑的问题。作为研究人员，必须围绕这些因素予以综合考虑，并采取相应的改进方法，促使高分子材料加工领域中微波技术的价值与作用得到充分发挥。
参考文献：
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可降解高分子材料的降解途径范文4
关键词：白色污染 处置方略
近年来， 我国经济得到空前发展， 城市规模不断扩大， 人民生活水平大幅度提高， 但同时也导致城市生活垃圾的产量和构成发生明显的变化。特别是随着石油化学工业的发展， 塑料制品以其齐全的品种、优异的性能、低廉的价格而在工农业生产和人民生活的各个领域得到长足应用， 且已成为垃圾成分的主体。这些白色垃圾是由聚乙烯、阻燃剂和发泡剂等成分组成， 是难以被降解的高分子材料， 加之塑料包装制品使用量大、质轻， 导致散布面大， 很难回收， 势必将造成严重的环境污染。如今白色污染已经形成全国范围内的公害， 成为各级政府和人民群众关注的热点问题。
一、白色污染对环境的影响
所谓“白色污染”，是人们对塑料垃圾污染环境的一种形象称谓，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（包括发泡的塑料餐具、器具、包装材料和薄的塑料袋、农用地膜等），在其使用后被弃成固体废弃物。由于缺少回收利用价值，其中，绝大部分被丢弃在环境中，主要集中于我市风景，旅游区周围，河道和道路两侧农田，湖泊和水塘中，以及城镇的各个角落，这不仅破坏了景观，造成了“视觉污染”，而且由于其具有在自然中难以降解的特点，对自然生态环境也造成了直接和间接的破坏。这种由废弃的一次性塑料制品通常多为白色，所造成的“视觉污染”和自然环境的破坏被形象地统称为“白色污染”。
白色垃圾（ 废旧塑料、泡沫等） 是企业和个人在生产、经营、生活和其它活动中产生的固态废物。据统计， 我国每年仅城市地区就排放废旧塑料约400 万吨。这些废弃塑料制品是由难降解的高分子材料聚合而成， 进入环境后长期不分解、不腐烂， 对城乡生态环境造成很大危害。
1.破坏市容环境
从视觉影响上讲， 遗弃的塑料、泡沫等制品随处可见（ 尤其是在城乡结合部、垃圾箱附近、农贸市场等人口密集地区） ， 直接影响人们的精神和情绪， 尤其是那些散落在风景旅游区、城市主要街路和场所的塑料垃圾更是有碍观瞻， 直接影响城市的形象， 是造成城乡脏、乱、差的一个重要原因。
2.危害人体健康
人们遗弃的塑料制品常常粘有或装有各类废弃污染物， 这是一种条件性污染源。当气温等条件适宜时， 就成为蚊、蝇和细菌生存、繁殖的温床， 从而间接危及人体健康。产生的二次污染物进入大气， 也可危害人体健康。
3.影响农作物生长
一方面， 因“经济”原因， 大棚膜、农膜成为农民朋友的必用之物。这些塑料在季节过后或老化后， 会破碎遗留在农田表面和表层， 耕作时掩埋在土壤植物生长层， 一、二百年不腐烂， 破坏土壤结构， 影响植物生长， 尤其是阻碍农作物对水分的吸收和根系生长， 导致农作物收成降低。同时也会污染土壤和地下水。这就使农业生态环境遭受了长期、深层次的破坏。据调查， 每亩地（ 北方） 若含残膜3.9 公斤， 就可使玉米减产11～25%， 小麦减产9～16%。长此下去， 将会影响我国农业发展。
4.危及动物安全
遗弃的“白色垃圾”在风力较小的情况下， 即可随风飘移， 散落各处。当动物误食时会导致生病、死亡。北京动物园羚羊、长颈鹿有的误食塑料袋致病，“国宝”大熊猫因误食塑料袋致死事件也有发生。
5.填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法
由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力，使有限的土地资源不断流失。而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。
6.若把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染
塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生迄今为止毒性最大的一类物质：二恶英。二恶英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，它会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏及脑有严重的损害作用。焚烧垃圾排放出的二恶英对环境 的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。此外，塑料垃圾还会影响河道畅通，影响排水、发电设备的正常运转， 给工农业生产带来直接危害。
二、当前白色污染的情况及产生原因
在城市，随着社会发展， 生活节奏的加快， 一次性消费品日益增多， 尤其是塑料购物袋和一次性塑料餐盒、泡沫包装制品的使用量剧增。
在农村，地膜覆盖是一项成熟的农业栽培技术，保水保肥、保持湿度，有效地增加和延长作物生长期，确保了农作物产量的提高。但是随着地膜覆盖栽培年限的延长，残留地膜回收率低，土壤中残膜量逐步增加，污染面扩大，污染量增加。我国农膜年产量百万吨，且以每年10的速度递增。随着农膜产量的增加，使用面积也在大幅度扩展，现已突破亿亩大关。无论是薄膜还是超薄膜，无论覆盖何种作物，所有覆膜土壤都有残膜存在，污染量在不断的增加。
造成白色污染的原因是多方面的，它涉及经济、技术、管理和观念等诸方面的原因。从某种意义上讲， 城市垃圾不能分类回收， 垃圾综合处理及垃圾资源化水平低是产生白色污染的根本原因； 垃圾管理体系、经济技术政策滞后于社会经济发展， 是产生白色污染的源层次原因； 塑料包装制品价格低廉， 大部分免费提供， 消费者“不用白不用”的观念根深蒂固， 用过后随意丢弃， 是产生白色污染的直接原因。以往有关部门及个人把塑料垃圾难以降解看作是产生白色污染的主要原因， 因而缺乏对塑料垃圾的有效管理， 缺少鼓励回收利用废旧塑料的政策， 没有建立相应的管理措施和运行机制， 致使白色污染问题长期得不到解决。
三、如何治理白色污染
治理白色污染的有效途径一方面是减少购物塑料袋和农用地膜的使用，另一方面将白色垃圾作为一种宝贵的资源回收利用， 这是治理白色污染的大趋势。要依靠科技进步充分利用好白色垃圾资源， 改变将白色垃圾作为废物的传统观念， 高度认识垃圾资源化对可持续发展的意义。依据国家对生活垃圾减量化、资源化这一指导思想， 结合城市的实际情况， 解决白色污染问题，应切实做好以下几方面的工作。
1.管理方面
1.1认真贯彻执行国家禁用塑料袋制度。自2008年6月1日起，各地禁止生产、销售、使用超薄塑料购物袋、并将实行塑料购物袋有偿使用制度，在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度，一律不得免费提供塑料购物袋 。
1.2 要加强对塑料垃圾的清收管理工作，各级政府要加强对城市塑料垃圾清收管理工作的组织领导
要充分利用各部门、各单位、街道社区、居民小区对环境卫生实行责任制的有效形式， 强化对塑料垃圾的管理， 作到责任落实、任务落实、人员落实。对垃圾倡导科学分类收集，不仅回收了大量的资源， 使垃圾资源得到充分利用， 而且大大减少了垃圾运输费用， 简化其处理工艺， 降低垃圾处理成本。。
1.3 要建立建全废弃塑料包装制品的回收机制
收购废弃塑料包装制品是治理白色污染的重要措施。要适当提高废弃塑料包装制品的回收价格， 调动各级回收部门的积极性。
1.4 建立健全塑料垃圾处置费征收制度
这是有效抑制塑料包装制品使用量和提高塑料垃圾资源化水平的重要手段。
1.4.1是向生产塑料包装制品和一次性快餐盒的企业征收处置费。生产制作塑料包装制品及一次性快餐盒的企业必须对环境负责， 承担产品对环境造成污染危害的责任。根据国家“谁污染谁治理”的原则， 造成污染危害的企业应按照产品的种类和数量缴纳一定额度的治理资金， 用以支付遗弃在环境中的塑料包装制品及一次性快餐盒在后期处置中的费用。
1.4.2是向销售和使用塑料包装制品及一次性快餐盒的单位、业户收取处置费。通过适当收取处置费， 不但可以为塑料垃圾的回收利用筹集资金， 而且还会控制塑料包装制品及一次性快餐盒的使用量， 还可以充分发挥经济杠杆在商品流通领域调整物品包装、使用结构的积极作用。
1.4.3是向城市居民征收垃圾处置费。从一定意义上讲， 城市居民是造成白色污染的主要和最终贡献者。为从根本上解决城市垃圾尤其是白色污染问题， 应加快制定征收居民生活垃圾处置费的步伐， 进而从征收的垃圾处置费划出必要资金以解决塑料垃圾的回收利用问题，加速城市生活垃圾减量化和资源化的进程。
1.4.4是向使用农膜、大棚膜的农民征收垃圾处置费。通常情况下， 大多数农民把用过的农膜、大棚膜随意丢在田间空处， 不做任何处理。这些废弃塑料遇风后（ 尤其是农膜） 到处漂移， 散落各处， 危害动物安全， 影响农业生产。研制开发符合环保要求的各种塑料包装替代产品， 使其尽快走进市场， 这是解决白色污染的根本途径。
2.技术方面
治理“白色污染”是一项社会系统工程，应采取积极对策，运用行政、科技、经济手段综合治理。在现实生活中有许多一次性塑料废弃物是很难收集的，如堆肥袋、垃圾袋、超市和早市用的轻型塑料包装袋等，或即使强制收集，经济效益差甚至无效益的如中餐餐具、地膜等，这些领域采用可降解塑料就比较适宜。推荐采用可降解塑料被认为是最佳选择，在短期内可降解碎裂成无害化碎片，从而达到塑料垃圾减容、减量、减轻或抑制环境污染的目的，而随着时间的推移，最终可以完全降解回归自然。
参考文献
（1）王军祥浅谈大庆市生活垃圾现状及治理对策黑龙江环境通报1998.4.
（2）马兴元废聚苯乙烯泡沫塑料的综合利用技术环境保护1999.3.
可降解高分子材料的降解途径范文5
关键词：生物降解性能；合成塑料；可生物降解塑料
中图分类号：TQ321.4；X384 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）11-2481-05
塑料是人工合成的长链高分子材料[1]。由于塑料具有优秀的理化性能，如强度、透明度和防水性等，合成塑料已广泛应用于食物、药物、化妆品、清洁剂和化学品等产品的包装。塑料已经成了人类生活中不可缺少的一部分，目前全世界大约有30%的塑料用于包装，而且仍以每年高达12%的比率扩展。
塑料材料在世界范围内的广泛使用，在给人类生产和生活带来巨大益处的同时也带来了很多问题：如石油资源的大量消耗和塑料垃圾的日益增加等，它们会给人类未来的生活带来难以估计的能源危机和环境污染问题。尤其是各种废弃塑料制品的处理问题，已经不单是简单的环境治理方面的问题，世界各国普遍已将其发展认识成为值得重视的政治问题和社会问题。由于塑料在自然进化中存在的时间较短，因此塑料可抵抗微生物的侵蚀，自然界中一般也没有能够降解塑料这种合成聚合物的酶[2]。目前塑料垃圾一般是通过填埋、焚化和回收处理掉。但不恰当的塑料废弃物处理往往是环境污染的重要来源，不仅直接危害人类的生存，而且潜在地威胁社会的可持续发展。比如聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）塑料的燃烧会产生二恶英的持久性有机污染物[3]。
由于与传统塑料有相似的材料性质，又具有非常好的生物降解性能[4]，以聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHAs）、聚乳酸（Polylactic acid，PLA）、 聚己内酯（Polycaprolactone，PCL）等为代表的可生物降解塑料已开始广泛应用于各种包装材料、医疗设备以及一次性卫生用品生产，另外在农田地膜生产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资源消耗的30%～50%，进一步缓解对石油资源的使用；另外可生物降解塑料制品的废弃物可以进行堆肥处理，所以与普通石油来源的塑料垃圾相比可避免人工分拣的步骤，这样就大大方便了垃圾的收集和后续处理。因此，可生物降解塑料十分符合现在提倡的可持续发展的政策，以利于真正实现“源于自然，归于自然”。
1 塑料降解概述
任何聚合物中的物理和化学变化都是由光、热、湿度、化学条件或是生物活动等环境因素引起的。塑料的降解一般包括光降解、热降解以及生物降解等。
聚合物光降解的敏感性与其吸收来自对流层的太阳辐射的能力直接相关。在非生物降解中，光辐射活动是影响降解最重要的因素[6]。一般来说，UV-B辐射（295～315 nm）和UV-A辐射（315～400 nm）会直接造成光降解；而可见光（400～760 nm）是通过加热来实现加快聚合体降解的；红外光（760～2 500 nm）则是通过加快热氧化作用实现降解。大多数塑料倾向于吸收光谱中紫外部分的高能量辐射，激活电子更活跃的反应，导致氧化、裂解和其他的降解。
聚合物的热降解是由过热引起的分子降解。在高温下，聚合物分子链的迁移率和体积会发生改变，长链骨架组分断裂，发生相互作用从而改变聚合物特性[6]。热降解中的化学反应导致材料学和光学性能的改变。热降解通常包括聚合物相对分子质量变化和典型特性的改变；包括延展性的降低、脆化、粉末化、变色、裂解和其他材料学性能的降低。
生物降解是塑料降解的最主要途径，一般来说，塑料在自然状态下进行有氧生物降解，在沉积物和垃圾填埋池中进行厌氧降解，而在堆肥和土壤中进行兼性降解。有氧生物降解会产生二氧化碳和水，而无氧生物降解过程会产生二氧化碳、水和甲烷[7]。通常情况下，高分子聚合物分解成二氧化碳需要很多不同种类的微生物的配合作用，一些微生物可将其降解为相应的单体，另一些微生物能利用单体分泌更简单的化合物，还有一些微生物再进一步利用这些简单化合物以实现聚合物的完全降解[1]。
生物降解是受很多因素控制的，包括微生物类型和聚合物特性（迁移率、立构规整度、结晶度、相对分子质量、功能团类型以及取代基等），另外添加到聚合物中的增塑剂和添加剂等都在生物降解过程中起着重要作用[8]。降解过程中聚合物首先转化成单体，然后单体再进行矿化。大多数聚合物都难以通过细胞膜，所以在被吸收和生物降解进入细胞前必须先解聚成更小的单体或寡聚体[9]。微生物降解起始于各种各样的物理和生物推动力。物理动力（如加热/冷却、冷冻/熔化以及湿润/干燥）会引起聚合物材料裂化的机械破坏；微生物进一步渗透，造成小规模溶胀和爆破。至少有两种酶在聚合物降解中起着重要作用，它们分别是胞内解聚酶和胞外解聚酶。胞外解聚酶将聚合物分解成短链分子，短链分子小到足以透过细胞膜，被胞内解聚酶进一步分解。
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机物为碳源，通过微生物发酵而得到的生物降解塑料。主要以PHAs较多，其中最常见的有聚3-羟基丁酸酯[Poly（3-hydroxybutyrate），PHB]、聚羟基戊酸酯[Poly（3-hydroxyvalerate），PHV]和其共聚物[Poly（3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate），PHBV][10]。微生物在营养缺乏的情况下产生并储存PHAs，当营养不受限时微生物会将其降解并代谢[11]。但是微生物储存PHAs的能力未必能保证环境中微生物对PHAs的降解能力。微生物必须先分泌胞外水解酶，将聚合物转化成相应的羟基酸单体[7]。PHB水解产物为3-羟基丁酸，而PHBV的胞外降解产物为3-羟基丁酸和3-羟基戊酸[12]。这些单体都是水溶性的，可透过细胞壁，在有氧情况下进行β-氧化和三羧酸循环，完全氧化为二氧化碳和水，厌氧情况下还会生成甲烷。实际上，在所有高等动物血清中都发现了3-羟基丁酸，因此PHAs可用于医学方面，包括用于长期控制药物释放、手术针、手术缝合线、骨头和血管替代品等。
目前已在多种环境中分离出大量可以降解PHAs的微生物[13，14]。在土壤中发现的Acidovorax faecilis、Aspergillus fumigatus、 Comamonas sp.、 Pseudomonas lemoignei和Variovorax paradoxus，在活性污泥中分离出的Alcaligenes faecalis和Pseudomonas sp.，在海水中发现的Comamonas testosteroni，存在于厌氧污泥中的Ilyobacter delafieldii以及在湖水中发现的Pseudomonas stutzeri对PHAs均具有降解能力。
PHB胞外解聚酶是微生物自身分泌的，对于环境中PHB的新陈代谢发挥着重要作用。很多PHB解聚酶已从Alcaligenes[15]、Comamonas[16]和Pseudomonas[17]的微生物中分离纯化出来。对它们的基本结构分析表明，这些酶由底物结合区、催化区和连接二者的联合区域构成。底物结合区域在结合PHB方面发挥着重要作用。催化部分包含一个催化单元，由催化三联体（Ser-His-Asp）构成。目前对于PHB解聚酶的性能研究已比较深入，研究显示，PHB解聚酶相对分子质量一般低于100 000，大多数PHA解聚酶相对分子质量都在40 000～50 000；最适pH为7.5～9.8，只有来源于Pseudomonas picketti和Penicillium funiculosum的解聚酶的最适pH是5.5和7.0；在较宽的pH、温度、离子强度等范围内稳定；大多数PHA解聚酶都会受到丝氨酸酯酶抑制剂的抑制[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，其降解率取决于其中较易降解的成分，降解过程破坏聚合物的结构完整性，增加了表面积，剩余聚合物暴露出来，微生物分泌的降解酶也会增强。目前常见的聚合物共混材料主要是以淀粉基为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
聚乙烯是一种对微生物侵蚀有很强抵御能力的惰性聚合物[19]。随着相对分子质量的增加，生物降解也会减弱[20]。将容易生物降解的化合物如淀粉添加到低密度的聚乙烯基质中，可加强碳-碳骨架的降解。与纯淀粉相比，淀粉聚乙烯共混物的碳转移率降低，在有氧的情况下转移率较高。Chandra等[21]研究发现在Aspergillus niger、Penicillium funiculom、Chaetomium globosum、 Gliocladium virens和Pullularia pullulans混合真菌接种的土壤环境中，线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决于淀粉含量，而且对环境条件和共混物中的其他成分很敏感[22]。很多研究者在研究时发现，在淀粉/低密度聚乙烯共混物中添加改性淀粉后，改性淀粉可增强其在共混物中的可混合性和黏着力[23]。但是与未改性的淀粉/聚乙烯共混物相比，这种改性淀粉的生物降解率较低。
3.2 淀粉/聚酯共混物的生物降解
淀粉和PCL共混物被认为是可完全降解的，这是因为共混物中的每种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级商用聚酯Bionoll的生物降解能力。PHB解聚酶和脂酶均可以打开PHB的酯键，由于其结构的相似性，这些酶还能降解Bionolle。Bionolle和低成本淀粉的混合物的开发研究可进一步提高成本竞争力，同时在可接受的程度上维持其他性能。有研究表明，淀粉的添加大大提高了Bionolle组分的降解率[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）与淀粉有更好的兼容性，而且这种共混物拥有良好的薄膜性能。很多这样的共混物已得到发展并用来制作可生物降解包装设备[27]。PVA和淀粉共混物也被认为是可生物降解的，因为这两种成分在多种生物环境下都是可生物降解的。从城市污水厂和垃圾堆埋区的活性污泥中分离出的细菌和真菌对淀粉、PVA、甘油和尿素共混物的生物降解能力数据表明，微生物可消耗淀粉、PVA的非结晶区、甘油和尿素增塑剂[27]，而PVA的结晶区未受降解影响。
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）共聚酯结合了脂肪族聚酯的生物可降解性和芳香族聚酯的高强度性能。为了降低AAC的成本经常混加淀粉。与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，特别是吹膜挤出。AAC也符合食品保鲜膜的所有功能要求，如透明度、弹性和防雾特性，所以这种材料很适合用于水果和蔬菜的食品包装。虽然AAC以化石燃料为基础，但是它是可生物降解和堆肥降解的。通常情况下，它在微生物环境中12周就会被降解得肉眼不可见。
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）是一种线性脂肪族聚酯，它是由天然乳酸缩聚或是丙交酯的催化开环制得的。PLA中的酯键对化学水解作用和酶催化断键都很敏感。PLA的应用是其热压产品，如水杯、外卖食物餐盒、集装箱和花盆盒。PLA在60 ℃或是高于60℃大规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。这些产物被多种微生物快速代谢成CO2和水。Torres等[28]研究了Fusarium moniliforme、Penicillium roquefort 对PLA低聚物（相对分子质量为1 000）的降解；Pranamuda等[29]报道了Amycolatopsis sp.对PLA的降解，而在Tomita等[30]的研究中也报道了Bacillus brevis对PLA具有降解能力。另外，已证明可使用专性酯酶如Rhizopus delemer脂肪酶降解小分子PLA（相对分子质量为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）具有优良的机械性能，通过传统的熔融技术可用于一系列终端产品。这些应用包括地膜、包装膜、塑料袋和易冲刷卫生产品。PBS是水合式生物降解的，通过水解机制开始生物降解。在酯键处发生水解，相对分子质量降低，使得微生物可进行进一步降解。
4.3 改性的聚对苯二甲酸乙二酯的生物降解
改性的聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）是在PET中添加乙醚、酰胺或是脂肪族单体共聚单体，由于它们的键能较弱而更容易通过水解作用进行生物降解。这一降解机制包括酯键的水解与醚和酰胺键的酶促作用。改性PET可通过改变所使用的共聚单体调节和控制降解率。
5 聚氨酯的生物降解
聚氨酯（Polyurethane， PUR）是具有分子内氨基甲酸酯键（碳酸酯键-NHCOO-） 的聚异腈酸酯和多元醇的缩合产物。据报道，PUR中的氨基甲酸酯键易受到微生物的进攻。PUR的酯键水解作用被认为是PUR的生物降解机制。已发现土壤中的4种真菌Curvularia senegalensis、 Fusarium solani、Aureobasidium pullulans和Cladosporium sp.可降解聚氨酯。Kay等[31]分离并研究了16种不同细菌降解PUR的能力。Shah[32]报道称在埋于土壤中6个月的聚氨酯薄膜中分离出了5种细菌，它们分别被定义为Bacillus sp. AF8、 Pseudomonas sp. AF9、 Micrococcus sp. AF10、 Arthrobacter sp. AF11和Corynebacterium sp. AF12。
FTIR光谱可用来证明聚氨酯生物降解机制是聚氨酯中酯键的水解作用。聚氨酯生物降解能力取决于酯键的水解作用[33]。酯键降低的比率大约超过醚键50%，这与测量到的聚氨酯降解的数量相吻合。FTIR分析埋于土壤中6个月经真菌作用后的PUR薄膜[34]，显示2 963 cm-1（对照）至2 957 cm-1（试验）波峰有轻微下降，这表明在1 400～1 600 cm-1处C-H键的断裂和C=C的形成。FTIR分析Corynebacterium sp.降解聚氨酯的分解产物表明聚合物的酯键是微生物酯酶进攻的主要地方[31]。目前已分离并表征了两种PU酶，它们分别是与细胞膜结合的PU酯酶和胞外PU酯酶[35]。这两种酶在聚氨酯的生物降解中发挥着不同的作用。与膜结合的PU酯酶可提供细胞介导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。在这些酶的作用下，细菌可以吸附在聚氨酯的表面并将PU基质水解代谢掉。
6 结论
传统石油来源的通用塑料的过度使用已使得其成为当今世界环境污染的罪魁祸首，因此可生物降解塑料取代通用塑料已经成为未来材料科学领域发展的必然趋势。这些可生物降解塑料的优势主要体现在其可生物降解性和可再生性，此外还具有许多优良的理化性能，如热塑性、生物相容性、产物安全性、成膜后具有高透明度、纤维的高拉伸强度以及易于加工等。但是应该看到的是相关可生物降解塑料在自然界中降解往往十分缓慢，而且在PLA经改性或制成产品后，其在环境中的降解就更为缓慢，因此在进行可生物降解塑料合成和改性研究的同时，其生物降解研究也应该受到重视，以实现其废弃物快速完全降解，并建立有效的生物循环系统以实现产品物料循环。
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可降解高分子材料的降解途径范文6
白色污染；危害；治理；对策
塑料，曾经被视为人类历史上的一次伟大革命，极大地方便了人们的生活。但塑料制品是一把“双刃剑”，它带给人类的，除了便利，还有它对人类健康和环境的巨大危害。有人预言，N亿年以后，地球上的一切生命都将灭亡，唯一幸存的，将是在地球表面飘来飘去的五颜六色的塑料。有“白色污染”之称的塑料因而被评为20世纪“最糟糕的发明”。
1.“白色污染”的危害
塑料制品的生产工艺和流程并不复杂，生产成本也很低，加上市场需要量大，因而被大小企业甚至小作坊大量生产，被人们广泛使用，由于它具有不可降解性，对环境的污染，对人类健康的威胁有目共睹。
塑料填埋破坏土壤结构。将塑料和其他垃圾一起埋入土壤，是人类处理垃圾的一种常见方式。但塑料是不可降解的，哪怕深埋入土，塑料200年也不会腐烂降解，它对土壤结构具有极大的破坏性。农用塑料薄膜老化后，残留在田间的碎片不会分解腐烂，影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产。塑料容易成团成捆，它甚至能堵塞水流，造成水利设施、城市设施故障，酿成灾害。
焚烧塑料污染空气。由于土地资源有限，除了填埋，人们还会对塑料和其它垃圾进行焚烧处理。焚烧塑料会产生大量有害气体和有毒烟尘，不仅破坏臭氧层，很大一部分还会被人吸入体内，严重危害人类身体健康。
塑料乱扔污染视觉环境。在农村，风景区，铁路，河流，湖泊，我们经常会看到花花绿绿飘来飘去的塑料袋，就像一粒粒落入眼中的沙子，刺痛着我们的双眼。据联合国环境保护署估计，在海底垃圾中，有50%是塑料制品，也就是说，平均每1平方英里的海域漂浮着4.6万块塑料废品。
生产塑料消耗大量资源。我国公民每天大约使用30亿个塑料袋，每年的使用量大约在10000亿个以上。我国每产1吨塑料袋需耗3吨石油，因此我国每年塑料袋的用量至少可供300万辆普通轿车行驶5年。我国每年进口石油的1/3用于一次性塑料合成制品。
.危害人类和动物健康。塑料制品含有一种叫邻苯二甲酸二辛酯的物质，它向环境释放大量雌激素类物质，影响人体内雄激素的代谢途径及其效能的正常发挥，从而会使男性胚胎在发育过程中出现尿道下裂。农村、牧区、动物园、海洋中的动物有时会误将塑料吞进肚子，危害其健康。
2“白色污染”难于治理的原因
居民消费习惯难改。多年来，人们已经养成了享受免费塑料袋的消费习惯。现代生活节奏加快，很多人都是下班以后直奔农贸市场或超市，不太可能先回家去拿菜篮子或布袋子再去买菜或购物。很多人也不习惯随身携带购物袋，嫌麻烦或不方便。对塑料袋的巨大需求驱使大大小小的生产企业、小作坊明里暗里大量生产廉价的塑料袋。
民众环保意识淡薄。作为发展中国家的中国人，受生活习惯、文化层次的影响，大多数人环保意识非常淡薄。很多人对塑料袋、电池以及很多生活中常用的物品对环境的污染知识知之甚少，有的人了解一些，但是有时图方便省事的思想会战胜一闪而过的环保念头。有的人觉得环保是政府的事，一副“事不关己，高高挂起”的姿态，全然不顾日渐恶劣的生存环境对我们自身的影响。
替代用品价格太高。很多人都知道塑料袋污染环境，也都知道环保购物袋很环保。但是由于环保购物袋价格太高，享受惯了免费塑料袋的人们，大多不愿意花“大价钱”去买购物袋，而更愿意花几毛钱去买塑料袋，或干脆直接在外面小摊上享受免费的塑料袋，方便又经济。
职能部门监管不力。为了限制塑料袋的使用量，2008年国家已经发出“限塑令”，禁止生产厚度小于0.025毫米的塑料袋，禁止免费提供塑料袋，但是近四年来，除了大型商场和超市提供免费的纸袋、环保袋或收费塑料袋外，数量庞大的个体摊贩依然在肆无忌惮地提供免费的、超薄的塑料袋。这和相关职能部门监管不力不无关系。
3.治理“白色污染”的对策
加大“白色污染”危害宣传，培养民众环保意识。要采取多种形式，大力宣传“白色污染”的危害，如通过开设电视专栏，在社区、学校、农村、媒体、车站、公交车、商场、集贸市场等公共场所张贴公益广告，将相关环保知识引进大中小学课堂等方式，广泛宣传“限塑令”实施的重要意义，普及利用废旧塑料生产超薄塑料袋用于食品包装的危害和相关安全知识等，提高人们对“白色污染”危害的认识，教育人们养成良好的卫生习惯。
加大政府补贴力度和技术攻关，推广普及环保替代品。要限制和减少塑料的使用，仅靠人们的自觉自律是远远不够的，政府应该更多地从方便民众、经济实用的角度考虑，加大便民袋、环保袋、可降解袋的研发和生产，如以纸浆、植物（比如玉米、秸秆、稻草）纤维等为原料生产一次性餐具和购物袋。政府应该加大对环保袋生产企业的补贴，促使企业降低生产成本从而降低售价，使消费者更乐意接受。
健全约束机制和监管机制，加大处罚力度。除了利益关系，相关职能部门监管不力、处罚过轻，也是塑料生产企业和小作坊无视国家政策大肆生产塑料袋的重要原因。我们要制定相关的政策法规，对于仍旧违规生产塑料袋的企业给予其利润十倍以上的罚款，或者关停生产销售塑料袋的工厂，从源头上杜绝“白色污染”的产生。对大量产生废旧塑料包装物的行业也要加强管理，改变无人负责、无序堆放、随意抛弃的现象。
充分调动各职能部门，加强废旧塑料的回收利用。要建立专门的塑料回收机构和系统，鼓励人们和商家将现有的塑料交由回收机构统一处置销毁。加快推行生活垃圾分类收集和分类处理，切实减少被混入垃圾焚烧或填埋的废塑料数量。废旧物资回收主管部门要加强对废塑料的回收利用管理工作，指导、支持物资回收企业建立健全回收网点，充分利用价格杠杆和提供优质服务等措施促进废塑料的回收，大力推进规模化分拣和分级利用，充分发挥塑料资源的效用。
运用税收杠杆，征收塑料使用税。与收费的措施相比，征税带有强制性，更容易推行，效果也比较显著。2002年3月4日，爱尔兰开始对塑料袋征税（每个0.15欧元，2007年提高到了每个0.22欧元），这一政策直接导致塑料袋的使用量下降了95%，人均年消费21个，而收税前为328个。此后，比利时、瑞士、德国、西班牙以及荷兰等国纷纷在2011年开始对塑料袋征税，北爱尔兰也在今年开始征税。我们要研究制定抑制废塑料的税收政策，利用税收杠杆，征收高额塑料使用税、环境税，将税收收入专门用于环保项目，在减少塑料袋使用量的同时，提升公众的环保意识，必将起到很好的治理“白色污染”的效果。
[1]边柿立.塑料回收再生技术[M]杭州：浙江科学技术出版社.2006
