模擬自然環(huán)境狀態(tài)下高分子材料生物降解性能的研究.pdf

1、近年來(lái)，各國(guó)科學(xué)工作者對(duì)高分子材料的生物降解性能做了大量的研究工作。聚乳酸(polylacticacid，PLA)、聚琥珀酸丁二醇酯(polybutylenesuccinate，PBS)等脂肪族聚酯是一類(lèi)具有廣闊應(yīng)用前景的可生物降解塑料，它具有傳統(tǒng)塑料無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，由于其良好的生物降解性，可以有效緩解由聚乙烯(polyethylene，PE)等傳統(tǒng)塑料廢棄后帶來(lái)的環(huán)境負(fù)荷。因此，目前對(duì)脂肪族聚酯的生物降解性、降解機(jī)理及實(shí)際應(yīng)用等方面的

2、研究是一個(gè)熱點(diǎn)。 本著對(duì)可生物降解塑料推廣應(yīng)用的宗旨，同時(shí)鑒于西北地區(qū)的土壤特性，我們選擇陜西西安為實(shí)驗(yàn)測(cè)試地，通過(guò)PLA、PBS在普通土壤和活性污泥中的埋土生物降解實(shí)驗(yàn)和土壤培養(yǎng)液生物降解實(shí)驗(yàn)，研究了二者在陜西西安當(dāng)?shù)靥赜型寥拉h(huán)境中的生物降解性，分析了聚合物結(jié)構(gòu)與降解性之間的相互關(guān)系，并對(duì)二者的降解機(jī)理進(jìn)行了初步探討，最終將此類(lèi)聚合物材料的科學(xué)研究與實(shí)際應(yīng)用相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。 此外，通過(guò)對(duì)PLA、PBS與金屬氧化物的混合膜

3、在普通土壤培養(yǎng)液中進(jìn)行生物降解實(shí)驗(yàn)，研究了土壤環(huán)境中所富含的各類(lèi)金屬離子對(duì)聚酯類(lèi)材料生物降解性的影響，并試圖從改變材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面入手來(lái)改善此類(lèi)聚合物材料在特有環(huán)境條件下的生物降解性。 一、PLA、PBS的生物降解性及降解機(jī)理的研究 分別將市售的PLA、PBS樹(shù)脂顆粒溶解于氯仿(chloroform，CHCl3)中，制得一定濃度的氯仿溶液，待溶劑揮發(fā)完畢后，便制得各種聚合物薄膜。 采集一定數(shù)量的普通花園土壤

4、和污水廠活性污泥，于控溫(30℃)、控濕(60％)的培養(yǎng)室培養(yǎng)一周左右，將2×2cm2大小的PLA、PBS薄膜分別埋入各類(lèi)土壤中，進(jìn)行為期4個(gè)月的埋土生物降解實(shí)驗(yàn)。對(duì)降解前后的薄膜樣品進(jìn)行了質(zhì)量損失率分析，并利用光學(xué)顯微鏡(1ightmicroscopy，LM)和掃描電鏡(scanningelectronmicroscope，SEM)對(duì)薄膜樣品表面進(jìn)行了觀察，結(jié)果表明這兩種脂肪族聚酯均能被西安當(dāng)?shù)赝寥乐兴奈⑸锝到?，且PLA在兩種土

5、壤中的降解速度幾乎是PBS的兩倍，而PLA和PBS各自在兩種土壤中的降解速度基本一致。 采集一定數(shù)量的普通花園土壤和污水廠活性污泥，曝氣48小時(shí)、過(guò)濾后制得土壤培養(yǎng)液，分別將2×2cm2大小的PLA、PBS薄膜浸入培養(yǎng)液中，在控溫(30℃)的條件下，進(jìn)行為期30天的生物降解實(shí)驗(yàn)。對(duì)降解前后的薄膜樣品進(jìn)行了質(zhì)量損失率分析，并利用LM對(duì)薄膜樣品表面進(jìn)行了觀察，結(jié)果表明：PLA在兩種土壤培養(yǎng)液中有著良好的生物降解性，且降解速度皆優(yōu)于P

6、BS；而PLA和PBS各自在兩種土壤培養(yǎng)液中的降解速度也是基本一致的。此外還發(fā)現(xiàn)，在PLA的降解過(guò)程中，生物降解占主導(dǎo)地位；而在PBS的降解過(guò)程當(dāng)中，水解趨于主導(dǎo)。 此外，通過(guò)紅外光譜儀(infraredspectrometer,IR)對(duì)埋土生物降解實(shí)驗(yàn)前后及土壤培養(yǎng)液生物降解實(shí)驗(yàn)前后的聚合物薄膜樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)紅外光譜中官能團(tuán)吸收強(qiáng)度的變化，初步推斷PLA的降解機(jī)理可能為微生物選擇高分子鏈的末端侵蝕聚合物，PBS的降解機(jī)

7、理可能為微生物選擇高分子鏈中任意酯基位置侵蝕聚合物。 二、金屬氧化物與PLA、PBS生物降解性關(guān)系的研究 采集一定數(shù)量的普通花園土壤，曝氣48小時(shí)、過(guò)濾后制得土壤培養(yǎng)液，分別將2×1cm2大小的PLA、PBS薄膜及二者與金屬氧化物(氧化鈣、氧化鎂、氧化鋅)的混合薄膜浸入培養(yǎng)液中，在控溫(30℃)的條件下，進(jìn)行為期30天的生物降解實(shí)驗(yàn)。對(duì)降解前后的薄膜樣品進(jìn)行了質(zhì)量損失率分析，并利用LM和SEM對(duì)薄膜樣品表面進(jìn)行了觀察，結(jié)

8、果表明：金屬氧化鈣對(duì)PLA及PBS的生物降解性都有所促進(jìn)，對(duì)PBS生物降解性的影響會(huì)更大一些；金屬氧化鎂對(duì)二者的生物降解性也都具有積極的意義，但是氧化鎂對(duì)PLA生物降解性的影響更突出一些；金屬氧化鋅的添加對(duì)PLA的生物降解性幾乎沒(méi)有促進(jìn)作用，對(duì)PBS的生物降解性能仍有一定的促進(jìn)意義。 此外，通過(guò)對(duì)各種混合膜進(jìn)行水解實(shí)驗(yàn)，可以推斷，在混合薄膜的生物降解實(shí)驗(yàn)中，水解占主導(dǎo)作用。 綜上所述，聚合物的降解性研究表明，PLA、PB