分解性高分子

    分解性高分子 : 合成 高分子是富有稳定性、耐久性、耐化学品性 的材料,因而被广泛利用,但同时却产生大 量废弃物,造成了“塑料公害”,严重污染了 环境。
分解性高分子在根本上解决了上述问 题。它在使用阶段能保持化学稳定性,废弃 之后,在一定的自然条件作用下逐步分解,最 后转化为小分子,成为自然界中的一部分。
这一研究工作在包装材料与农用薄膜方 面进行得最为深入,而且不断有新品种出现。 但从聚合物的降解机理而言,分解性高分子 可分为以下三种类型。
(1) 光分解型聚合物 (Photolysis Polymer)。其光分解机理是聚合物中的羰基,吸 收了波长340nm以下的紫外线而发生Norrish分解反应,导致主链C—C键断裂,聚合 物分子量迅速下降。

在高分子聚合物的侧链或主链中引入羰 基是合成这类聚合物的主要方法,如与含羰 基的可聚合单体(CO,乙烯基酮,乙酸乙烯 等) 共聚。在聚合物中添加光敏剂也是行之 有效的方法,光敏剂包括过渡金属络合物、含 有羰基的有机物和有机卤化物等。
(2)氧化分解型聚合物(Oxidative resolutive Polymer)是带有不饱和键的聚合物,α 位被氧气氧化形成过氧化物而导致分解。分 解反应式可表示如下:

在普通聚合物中,添加光氧气氧化促进 剂来制造氧化分解型聚合物。因促进剂种类 不同,初期反应的形式也不一样,但都经过 氧化物分解,主要有以下四种类型:
①能引起脱氢的三线态增感剂,如乙酰 苯、二苯甲酮、苯醌、蒽醌等;
②能发生单线氧的增感剂,如蒽、曙红、 孟加拉玫瑰、亚甲蓝等;
③自由基发生剂,如偶氮二异丁腈、过 氧化苯甲酰等;
④过渡金属盐,如二硫代碳酸铁盐、羰 酸金属盐等。
(3)微生物分解聚合物(Microbial resolutive Polymer)。其分解机理是微生物分泌 的酶对聚合物产生催化作用而导致分解。与 聚合物分解有关的酶是水解酶和氧化还原 酶。前者催化酯键、酞键等的水解反应; 后 者可使聚合物末端氧化成羟基,再生成醛基, 最后生成羧基,进一步β氧化后分解。
聚合物自身的化学结构和聚集态结构对 其生物分解性有极大影响。酰胺键、芳香族 结构的存在抑制聚合物生物分解,而含有羟 基和羧基的聚合物则较易被微生物分解。一 般而言,聚合物的熔点低、结晶度低、键饱 和度高、亲水性高、分子量低则容易生物 分解。
目前已有大量可生物分解的聚合物商 品化。
用天然高分子材料“淀粉”与PE、EAA 等高聚物采用分子表面活化工艺或接枝共聚 合工艺制成塑料淀粉母料已被广泛应用于各 种塑料制品。生产该产品的公司有AgriTech公司、蒙特爱迪生公司、Battele研究 所、北美Nouamont公司等。
另一种以聚己内酯(PCL)为代表的脂肪 族聚酯高聚物也有多种商业化产品。如: 日 本工业技术院在PCL中填入高达30%～ 70%的滑石粉、碳酸钙来制造农用的植林用 缸和苗木用板; 日本通产省生物工业研究所 开发了以PCL/聚烯烃聚合物合金为基料的 PP包装用带; 昭和聚合物公司牌号为 “Bionolle”的降解性塑料以脂肪族聚酯为基 础,用于制造薄膜、瓶子、片材和单丝。
此外,ICI公司的羟基丁酸-羟基戊酸共 聚物,牌号为“Biopol”; 日本味の素公司的 聚氨基酸,美国Air products and chemical公 司的Vioex聚乙烯醇树脂,这些都是近期开 发的分解性高分子聚合物。
随着分解性高聚物生产研制的深入发 展,上述三种降解机理被综合在同一聚合物 中的产品亦被研制成功,如St-Lawrence Satarch公司的光-生物联合降解母料Ecostar Plus; Archer Daniels Midland公司研制出的 Polyclean聚乙烯降解母料(含淀粉并添加了 一种氧化剂);英国的Colurstyle公司也有同 类产品生产。
新品种不断开发、拓展是这一领域的重 要特征。微生物分解聚合物的生产制造摆脱 了以单一的石油化工为原料的局面,而向天 然的植物淀粉等高分子靠拢,这对于石油危 机的今天有深远意义。