（毕业设计论文）《不同配比的共混膜生物降解》.doc

1 引言 进入21世纪以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明发展的进程。与此同时，人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏等成为全球性的重大问题，严重地阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。在这种严峻形势下，人类不得不重新审视自己的社会经济行为和走过的历程，认识到通过高消耗追求经济数量增长和“先污染后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条经济、社会、环境和资源相互协调的、既能满足当代人的需求而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路。 塑料制品已经被广泛应用于人们生产和生活的各个领域，塑料以其质轻、防水、耐腐蚀、强度大等优良的性能受到人们的青睐。然而，塑料产品其原料主要来源于石化资源，而石化资源的形成过程需经历千百万年，因此可视为不可再生资源。据资料报道，世界可开采和探明储量的石化资源，如按现在消费水平计算只能再提供50~100年。而且，废弃塑料类材料因其难以收集回收而被视为“白色污染”，原因是塑料回归自然最终融入微生物循环的过程（即生物降解）十分漫长，需要数百年甚至上千年，大量废弃的塑料制品因为其不可降解性而带来了“白色污染”的困扰。在造成环境污染的诸多因素中，塑料废弃物造成的公害已引起了社会的广泛关注，发展环境降解塑料已成为当务之急[1]。 随着高分子材料的迅速发展，人类面临两个难以解决的问题：环境污染和资源短缺。目前，世界塑料的总产量已超过1.4亿t/a，废弃塑料大约4000万t/a，且每年正已惊人的速度增加。这些废弃物大多来源于包装材料、农用地膜、医用材料等。由于大多数合成高分子材料耐腐蚀性较好，在自然环境下难以分解，造成严重的污染。过去对废旧塑料的处理办法主要是土埋和焚烧。土埋浪费大量的土地，一些人口密度高的国家难以承受；焚烧则会产生大量的二氧化碳及其他对人有害的氮、硫、磷、卤素等化合物，助长了温室效应及酸雨的形成。解决上述问题，各国正利用法律手段和技术进步，一方面对废旧塑料进行回收再利用，另一方面研究开发可自然降解的新材料。高分子材料的回收利用，从理论上讲，既可以解决环境污染又可以解决资源短缺的问题，但在实施过程中，往往受到高分子材料本身性质、技术及成本等的限制；而研究开发可降解的高分子材料则成为20世纪70年代以来的重要课题，受到世界范围内的关注[2]。 降解塑料按引起降解的环境条件可分为光降解塑料、生物降解塑料、化学降解塑料、组合降解塑料等。光降解塑料就是靠吸收太阳光，引起光化学反应而分解的塑料；生物降解塑料是土壤中微生物能分解的塑料，借助于细菌或其水解酵素将材料分解为二氧化碳、水、蜂巢状多孔材质和盐类；化学降解塑料是通过空气中的氧气或者土壤中水分的作用而分解的塑料，包括氧化降解塑料和水解降解塑料。目前世界主要生产降解塑料的国家有美国、日本、德国、意大利、加拿大、以色列等国，品种有光降解、光/生物降解、崩坏性生物降解、完全生物降解塑料等。其中，生物降解塑料在可降解塑料中最具发展前途[3,4]。 1.1 生物降解材料的降解机理 可生物降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料[5]。 高分子材料的生物降解可分为完全生物降解和光-生物降解[6]。完全生物降解大致有三种途径：（1）生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新物质（CH4，CO2和H2O）；（2）生物物理作用：由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离质子化而发生机械性的毁坏，分裂成低聚物碎片；（3）酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。而光-生物降解则是材料中淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大表面积/体积比，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使聚合物生成含氧化物，并氧化断裂，分子量下降到能被微生物消化的水平。一般认为，高分子材料的生物降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物（有机酸、酯等）；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。降解除有以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀聚合物后，由于细胞的增大，致使高分子材料发生机械性破坏。因此，生物降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。人们深入研究了不同的生物可降解高分子材料的生物降解性，发现与其结构有很大关系，包括化学结构、物理结构、表面结构等。高