Механизмы разложения и характеристика биоразлагаемых полимерных материалов
Thread Content
Материалы, которые не приводят к разрушению экологической среды Земли, могут называться перерабатываемыми материалами. Существует множество видов материалов, которые можно повторно использовать. В настоящее время наибольшее внимание уделяется разработке биоразлагаемых полимерных материалов. Биоразложение полимерных материалов — это процесс разложения и ассимиляции полимеров под действием организмов (в основном грибов, бактерий и т. д.). Механизм разложения полимеров чрезвычайно сложен. Считается, что биоразложение не является процессом, основанным на одном-единственном механизме; это сложное взаимодействие биофизических и биохимических процессов, сопровождающееся также другими физико-химическими процессами, такими как гидролиз и окисление. Биологические и физические процессы взаимно усиливают друг друга, создавая синергетический эффект. Полиуретановые материалы, модифицированные с использованием натуральных полимеров, при биоразложении проходят примерно два этапа: (1) разложение натуральных полимеров, в результате чего на поверхности полиуретана образуется множество микропор. По мере увеличения размеров пор, сначала разрушаются уретановые связи под действием микроорганизмов; (2) появление микропор позволяет микроорганизмам легко проникать внутрь природных полимеров, где они образуют дополнительные микропоры, что ускоряет процесс полного разложения полиуретана. В настоящее время наиболее распространенными методами оценки биоразлагаемости являются: метод определения остатка вещества и относительной молекулярной массы, метод изучения структурных изменений, анализ продуктов разложения, метод оценки механической прочности, визуальный метод и метод с использованием плесени. У различных методов аналитической оценки биоразлагаемости также существуют некоторые недостатки, поэтому в процессе исследований часто необходимо применять несколько методов одновременно в зависимости от конкретных условий.
Полимерные материалы обладают множеством выдающихся свойств, отсутствующих у других материалов, и находят широкое применение в таких областях, как передовые технологии, оборонная промышленность и различные сферы национальной экономики. Они являются неотъемлемыми и незаменимыми материалами в современных технологиях и быту, а их производство и потребление постоянно растут. XXI век – это ещё и новый век быстрого развития и полного использования полимерных материалов. Однако большинство полимерных материалов не могут быстро разлагаться в природной среде. Все больше отходов из полимерных материалов становится причиной проблемы городских отходов. Появляющийся таким образом «белый загрязнитель» серьезно влияет на условия жизни людей. Это уже стало глобальной проблемой. Поэтому исследование и разработка биоразлагаемых полимерных материалов имеют большое значение. Деградация полимеров — это процесс разрыва макромолекулярных цепей, из которых состоят полимеры. Процесс разложения полимеров под воздействием таких факторов окружающей среды, как кислород, вода, излучение, тепло, свет, химические вещества, загрязнители, механические нагрузки и биологические факторы (особенно микроорганизмы), называется экологическим разложением. С точки зрения механизмов разложения, факторы, способствующие его происхождению, можно разделить на биологические, световые и химические. Самыми перспективными с точки зрения практического применения являются световое и биологическое разложение. Полимерные материалы, подверженные разложению, по механизмам этого процесса можно разделить на три основные группы: полимеры, разлагаемые под действием света, полимеры, разлагаемые биологически, и полимеры, разлагаемые одновременно под действием света и биологических факторов. В настоящее время основными направлениями исследований являются полимерные материалы с свойствами фотобиологического разложения, а также полностью биоразлагаемые полимеры. Это также будет направлением развития промышленности в будущем.