浅谈可降解聚氨酯材料及降解机理

水哥 · 发表于 2011-12-2 15:47:50

可降解高分子材料亦称“绿色高分子材料”,是一种环境友好型材料。根据美国ASTMD0833-92技术标准,在特定环境中化学结构发生重大改变,并导致在确定的时间内出现某些性能损失的高分子材料叫可降解高分子材料。通俗的讲,就是指在一定的使用期内,具有与普通塑料同样的使用功能,之后其分子结构发生变化而被自然环境同化的高分子材料。从20世纪80年代,随着高分子材料大规模生产,废弃高分子材料对环境的污染也日益加剧,可降解高分子材料的研究和开发逐渐被世界各国所重视。可降解聚氨酯材料在医用、包装等诸多领域都有广阔的应用前景,其开发已成为世界范围的研究热点。可降解聚氨酯的合成方法按时间顺序和技术发展程度,可分为与天然物质共混、改性后共混、与天然物质共聚、分子链设计等几个阶段。
生物高分子材料的降解，在自然环境条件下，由于细菌、霉菌、藻类等微生物的作用，在短时间内完全分解成无害的低分子物质。
可降解聚氨酯材料的降解机理：高分子材料的降解过程，也是细菌、霉菌进行消化吸收的过程。主要有三种作用机理:
1.    因生物细胞增长，使材料形成水解、电离或质子化，产生机械性破坏的物理作用。
2.    因生物对材料的作用，产生新的物质：水、CO2、甲烷等低分子物，其作用为化学作用。
3.    由于酶的直接参与，微生物的侵蚀导致材料的分解或氧化，产生崩解。
在PU高分子材料中的天然高分子材料极易被微生物分解，发生PU大分子断裂链，并生成容易被微生物侵蚀的弱链、链端和羧酸，而羧酸更具有水解催化剂的作用。加速了PU分子结构的水解或氧化，直至PU材料被完全分解。
从整个生物降解的过程来看，基本可分为两个阶段：首先，微生物向体外分泌水解酶与高分子材料表面结合，使得PU材料表面生霉菌，材料中的天然高分子化合物、氨基甲酸酯键及酯基首先被微生物侵蚀和水解，产生断裂，生成小分子的有机酸、糖等物质。
它会使材料表面形成许多微孔，随着时间推移，微孔和裂隙会越来越大，之后微生物酶会沿着微孔和裂隙进一步侵蚀PU材料内部的天然高分子化合物和PU分子链中易被攻击的基团，使材料出现崩解。