功能高分子教学课件PPT可降解高分子材料.ppt

功能高分子,第9章,可降解高分子材料,可降解高分子材料 是指在使用后的特定环境条件下，在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等的作用下，使其化学结构在较短时间内发生明显变化，从而引起物性下降，最终成为可被环境所消纳的高分子材料。,(1)生物降解高分子 生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下，可使其化学结构发生变化，致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。,添加型淀粉塑料和橡胶，其生产方法是将淀粉以非偶联方式与现行塑料(pe、pp、ps和pvc等)共混，淀粉含量一般为7%-15%。美国的goodyear公司宣布试销含有部分淀粉填料的轮胎,该填料可以降低轮胎的滚动阻力和重量，还有利于环境保护。 但是添加型淀粉塑料和橡胶的主要成分仍是石油基类聚合物(pe、pp、ps、pvc等)，很快降解的部分主要是淀粉，剩余的树脂降解仍需几百年。严格地讲，添加淀粉的可降解塑料不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。,热塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，意大利研制出一种淀粉含量为70%的可降解材料，所使用的树脂是无毒的，分子量在500050000，它与淀粉直接交联或产生间接物理作用，从而形成一连续相。 优点：有良好的成型性、二次加工性、力学性能和优良的生物降解性能。 缺点：有亲水性，不宜用于食品包装而且价格较高。,德国的battele研究所开发出了淀粉含量为90%的降解塑料，可作为包装材料使用，以聚氯乙烯为取代目标。 美国开发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且配有少量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料，淀粉含量高达90%100%，材料的性能类似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材料。,化学合成型生物降解高分子：该类生物降解高分子材料多是在分子结构中引入酯基结构的聚酯。 工业化的有聚乳酸(pla)和聚己内酯(pcl)。 pla在医学领域内被认为是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制备工艺、成本的限制，该类材料的研究起步较晚，但越来越受到重视。由于可完全降解，所以应用前景较好，但是降解机理仍不完全清楚。,微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发酵制得的一类高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，此种产品的特点是能完全生物降解。,研究发现，有许多可用于合成微生物聚酯的细菌，一般发酵底物是c1-c5的化合物。 聚-羟基丁酸酯(phb)是细菌与藻类的产物，70年代由英国ici公司开发成功并进行生产，可以完全生物降解，但力学和热学性能不佳。 -羟基丁酸与-羟基戊酸(hv)的共聚物，性能良好，可完全生物降解。 0.025mm厚的phb或phb-hv膜在海水中6周已穿孔，堆肥7周可降解70%80%。 phb-hv可以制成瓶、膜和纤维，应用广泛。,(2)光降解高分子 在制备塑料时，通过向塑料基体中加入光敏剂，使其在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解塑料。 光降解引发剂有很多种，包括过渡金属的各种化合物，如:卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。,不同寿命的降解高分子材料还可以通过改变ni、co等稳定二硫代氨基甲酸盐和fe、cu等二硫代氨基甲酸盐的比例得到。 此外联二茂铁也可以引发光降解反应，其降解速度与光敏剂含量有关。 在自然条件下测试出光敏剂含量与降解速度的曲线，就可以根据该材料的使用期限选择适当的用量。,除了以上光降解高分子外，还有一类重要的合成光降解高分子，即通过共聚反应将羰基型感光基团引入高分子链而赋予其光降解特性。 光降解活性的控制则是通过改变羰基基团含量来实现。 已经工业化的此类合成光降解高分子有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯-co共聚物。,(3)光和生物双降解高分子 光-生物双降解高分子材料，具有光、生物双降解功能，它将光敏剂体系的光降解机理与淀粉的生物降解机理结合起来，一方面可以加速降解，另一方面可以利用光敏剂体系可调的特性达到人为控制降解的目的。 光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难降解，以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。,生物降解高分子材料的一大应用领域是在农业上。 在适当的条件下，可生物降解高分子材料经有机降解成为混合肥料，或与有机废物混合堆肥。 特别是用甲壳素/壳聚糖制备的生物降解高分子材料或含有甲壳素/壳聚糖的生物降解高分子材料，其降解产物不但有利于植物生长，还可改良土壤环境。,降解高分子当前存在的问题主要是价格昂贵，难以推广利用。 淀粉填充型塑料降