文档介绍：高分子材料生物降解性能的分析研究进展
摘要:本文介绍了近年来生物降解材料降解方法的研究现状,主要从不同的降解环境,包括在堆肥环境、水性
环境、惰性固体介质环境等进行的材料生物降解性能研究进行了比较、评述与展望。
关键词:生物降解;可生物降解材料;降解环境
高分子材料以其优越的机械性能、良好的持久性以及较低的成本,自20世纪以来得到了非常广泛的应用。但正是由于其在环境中的持久性,废弃的高分子材料对环境的污染也日益扩大,成为一个令全世界关注的环境问题。因此,针对这样的问题,可生物降解材料的研制与使用近年来得到了国内外的热切关注[ 1 ] ,世界各国的科学工作者都在大力开展可生物降解高分子材料的研究。这类材料在使用后,通过堆肥等措施,可以大
部分降解为CO2和H2O,进入生态系统的有机循环中,对环境基本无害。而在这类材料的研究与开发中,其材料的性能指标之一即生物降解性能的分析评价则是一个非常重要且不可或缺的环节,分析评价的环境体系及其标准化工作的研究因此显得非常有意义。本文重点介绍了国内外高分子材料生物降解性能研究的相关评价方法,并从几种不同的降解环境出发,对高分子材料生物降解性能研究进行了分类介绍与评述。
1 高分子材料生物降解性能研究的相关评价方法
按美国ASTM 定义:生物降解高分子材料是指在一定条件下,在细菌、真菌、藻类等自然界存
在的微生物作用下能发生化学、生物或物理作用而降解或分解的高分子材料。可分为生物破坏性材料和完全生物降解材料。理想的生物降解材料在微生物作用下,能完全分解为CO2和H2O。
因此,对于可生物降解高分子材料,生物降解能力的分析评价则是表征其性能的一个重要指标。对高分子材料进行生物降解性能的研究,可以知晓材料的生物降解能力大小,从而能够为生物降解材料的合成及应用提供诸多有用的参考信息。国际标准化组织( ISO)颁布了一系列高分子材料生物降解性能研究的国际标准方法(见表1) ,很多国家也相应地颁布了一些适用标准,如美国的ASTM、欧洲的CEN、德国的D IN、日本的J ISK等。我国也参考国际标准,结合自身情况,发布了国家标准(见表2) 。这些方法在高分子材料生物降解性能的评价方面有着非常重要的意义和作用。。
2 材料生物降解环境及其相关体系的研究
材料生物降解的环境必须具备四个基本条件[ 18 ] : (1)微生物存在,如霉菌、细菌、放线菌等;(2)氧气、水分和矿物质存在; ( 3)根据有机体种类不同而有适当温度(一般为20℃~60℃) ; ( 4)pH 值5~8。生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用,其降解作用的形式目前已有的研究认为主要有三种:生物物理作用,在富含微生物的土壤、污水、海水等环境中,由于生物细胞的增长而使材料逐渐被侵蚀、分解,发生机械性毁坏;生物化学作用,材料作为微生物的碳源和氮源,促进微生物生长,使其大量繁殖并渗入到聚合物内部,对聚合物作用生CH4、CO2、H2O等,以及新的物质;酶的直接作用,微生物代谢所产生水溶性酶附着聚合物表面,发生一系列酶反应,使其发生氧化作用而分解[ 19 ] 。而这三种降解作用均需在适宜的环境中才能发生以及发挥出人们所预期的效能。
对于生物降解环境及体系,目前在该研究领域中涉及到的主要有堆肥坏境体系、水性环境体系、惰性固体介质环境、土壤