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碳水化合物可降解材料的性质 本节内容 一.可降解材料基础知识介绍 定义 可降解材料 材料在原有化学结构上通过新的高分子合成技术引入易分解的基团,易断裂的化学键,易转移的原子或基团,或在分子链上连接或在组份中掺合了一些微生物可吞食的成分。在这样的结构条件下,在光照、微生物的作用下分子链断裂,结构被破坏,在自然界中很快分解。 生物降解材料 指通过自然界微生物（细菌、真菌等）作用而发生降解的高分子。 影响生物降解材料降解性的因素 主要包括内部因素和外部因素： 内部因素： 材料的组成和结构 材料的结晶状态 外部因素： 环境的温度和湿度 pH值 土壤成分 内部因素之一：材料的组成及结构 材料的生物降解机理一般有两种假设： 从分子主链选择性切断； 从分子链末端侵入式切断。 因此，材料的化学组成、主侧链和端基结构、空间位阻的有无是影响其降解性能的重要因素。 对于高分子材料，组成和结构对其降解性的影响： 易水解的键则易被生物降解； 主链的柔顺性大，则降解速率快； 主链的刚性大、排列有序，则降解速率慢； 支化和交联会降低高分子材料的生物降解性。 材料的相对分子质量对其降解效果起着重要的作用:如高相对分子质量PE非常稳定，很难被很难被生物劣化，而相对分子质量小于500的低相对分子质量PE是可生物劣化的。 内部因素之二：材料的结晶状态 材料的结晶状态主要是指结晶的表面形态和结晶度。 结晶状态对材料的降解性能有着重要的影响： 降解速率随着无定形领域的增多而加快。 和晶粒之间的无定形区域相比，降解主要发生在晶粒外界的无定形区域。 外部因素 温度、pH及土壤是通过对微生物的生长的影响，间接影响材料的降解效果。 适当的温度、pH及有利于微生物生长的土壤则有利于材料的降解。 环境湿度越大，温度越高，水解速率就越快，降解时间越短。 二.淀粉基可降解高分子的性质 淀粉基生物降解塑料，是泛指其组成中含有淀粉或其衍生物的生物降解塑料，它包括淀粉填充型降解塑料(又称为生物破坏性塑料或崩溃型塑料)和以完全淀粉基生物降解塑料。 填充型淀粉塑料 填充型淀粉塑料，是在一定条件下，活化了淀粉与塑料中的羟基，使之形成高聚物共混体。 填充型淀粉塑料工艺简单，可以沿用通用塑料的加工工艺和设备，生产成本较低，又具有一定的降解性能，在一定程度上是缓解塑料制品给环境造成压力的现实技术手段，目前在我国降解塑料市场主要用这类塑料。 缺点： 使用未经改性或是进行简单物理改性的淀粉与通用树脂的相容性较差，制备出的降解塑料的力学性能不理想。 由于淀粉与通用树脂之间的相容性问题，在降解塑料的降解过程中，降解塑料中的淀粉部分较容易在自然环境中降解，而通用树脂的部分依然很难降解，导致最后“崩解”的情况发生，崩解产生的塑料碎片收集起来产生了一定的困难，所以对自然环境的破坏依然很大。 完全淀粉基生物降解塑料 全淀粉塑料属于天然聚合物类，含淀粉90%以上，添加的其他组分也是能完全降解的。 淀粉要形成塑料，必须改变其分子结构使其具有热塑性能，为此人们研究水、多元醇对淀粉的增塑效果，并取得了一定的进展。由于目前生产工艺还不成熟，导致淀粉塑料的成本还是偏高。 另外，全淀粉塑料在机械强度等性能上还是存在着一定的缺陷。 进一步提高制品使用性能、拓宽其应用领域、降低制品生产成本及实现工业化生产是今后研究的重点。 淀粉基材料的降解机制 淀粉基材料的降解机制 对淀粉基生物降解塑料而言，其降解过程不是单一机理，而有复杂生物物理、生物化学、酶作用等多种作用结果。 生物物理作用: 在富含微生物(如细菌、霉菌)土壤、污水、海水等环境中，淀粉逐渐被侵蚀、分解，最后消失，在聚合物中形成多孔结构，同时使塑料脆性增加、表面积增大。 淀粉基材料的降解机制 生物化学作用: 淀粉作为微生物粮源，促进微生物生长，使其大量繁殖并渗入到聚合物内部，对聚合物作用产生CH4、C02、H20等。 酶作用: 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。 许多微生物都能产生内淀粉酶和外淀粉酶, 内淀粉酶一般只分解直链淀粉和支链淀粉上的乙缩醛键,对支化点却不起作用;而许多外淀粉酶不仅能水解主链,而且能水解支化点。植物和动物则利用这些酶来分解和吸收淀粉。 三.纤维素可降解材料的性质 纤维素大分子的葡萄糖基间的连接都是β-苷键连接 三.纤维素可降解材料的性质 纤维素在自然环境中具有生物降解和酸催化降解以及光致链断裂降解多种方式： 生物降解