การพัฒนาและการประยุกต์ใช้พลาสติกโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้พลาสติกโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นชนิดใหม่ที่มีฟังก์ชั่นการย่อยสลายวัสดุโพลีเมอร์ ในกระบวนการใช้งานจะเกี่ยวข้องกับพลาสติกทั่วไปชนิดเดียวกันกับสุขภาพที่สอดคล้องกันและประสิทธิภาพการใช้งานที่เกี่ยวข้อง และ หลังจากฟังก์ชั่นที่สมบูรณ์ วัสดุสามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ กลายเป็นเรื่องง่ายที่จะให้เศษสภาพแวดล้อมหรือบดขยี้ และเมื่อเวลาผ่านไปการย่อยสลายต่อไปก็กลายเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นในที่สุด (CO2 และน้ำ) กลับคืนสู่ธรรมชาติ

การพัฒนาและการใช้วัสดุย่อยสลายได้ทางชีวภาพพลาสติกโพลีเมอร์พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นชนิดใหม่ที่มีฟังก์ชั่นการย่อยสลายของวัสดุโพลีเมอร์ ในกระบวนการใช้งานจะต้องเกี่ยวข้องกับพลาสติกทั่วไปชนิดเดียวกันที่มีความสอดคล้องด้านสุขภาพและประสิทธิภาพการใช้งานที่เกี่ยวข้อง และหลังจากฟังก์ชั่นที่สมบูรณ์ วัสดุ สามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติกลายเป็นเรื่องง่ายที่จะได้รับเศษสภาพแวดล้อมหรือถูกบดขยี้ และเมื่อเวลาผ่านไปการย่อยสลายต่อไปก็กลายเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นในที่สุด (CO2 และน้ำ) กลับคืนสู่ธรรมชาติ

เมื่อพิจารณาจากมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากขยะพลาสติก ตลอดจนความต้องการในการปกป้องสิ่งแวดล้อมและความต้องการของมนุษย์ จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องศึกษาวัสดุโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ในช่วงเวลาหนึ่งและภายใต้สภาพแวดล้อมบางประการ โครงสร้างทางเคมีของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะเปลี่ยนไปตามสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและพลาสติกที่ย่อยสลายด้วยแสง

1. กลไกการย่อยสลายของพลาสติกที่ย่อยสลายได้

โดยทั่วไปแล้ว พลาสติกย่อยสลายได้ หมายถึง พลาสติกชนิดหนึ่งที่สามารถย่อยสลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็กได้ โดยผ่านการกระทำของจุลินทรีย์ในดินหรือรังสีดวงอาทิตย์ โดยจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดในการใช้ผลิตภัณฑ์และง่ายต่อการแปรรูปบนพื้นฐานของ คุณสมบัติย่อยสลายได้ทางชีวภาพธรรมชาติของการกระทำของแสงแดดบนวัสดุโพลีเมอร์คือผลกระทบที่ครอบคลุมของแสงอัลตราไวโอเลตในแสงแดดและออกซิเจนในอากาศ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าการย่อยสลายด้วยแสงด้วยแสงยกตัวอย่างโพลีโอเลฟินเพื่ออธิบายกลไกการย่อยสลายด้วยแสงออกซิเดชั่นโดยพื้นฐานแล้ว โฟโตออกซิเดชั่นทำให้เกิดการแตกของสายโซ่หรือการเชื่อมขวางของโพลีเมอร์ และหมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจนบางกลุ่ม เช่น กรดคาร์บอกซิลิก เปอร์ออกไซด์ คีโตน และแอลกอฮอล์ จะเกิดขึ้นในกระบวนการนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกค้างในโพลีเมอร์และการเริ่มต้นของหมู่เปอร์ออกไซด์และคาร์บอกซิลที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตเป็นสาเหตุหลักของการย่อยสลาย

ภายใต้การกระทำของจุลินทรีย์ (ส่วนใหญ่เป็นเชื้อรา แบคทีเรีย หรือสาหร่าย ฯลฯ) โพลีเมอร์สามารถถูกกัดเซาะหรือเผาผลาญเพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีและน้ำหนักโมเลกุลลดลงกลไกการออกฤทธิ์สามารถแบ่งได้เป็น 2 สถานการณ์หลักๆ คือ

(1) การกระทำทางชีวฟิสิกส์นั่นคือหลังจากการกัดเซาะของผลิตภัณฑ์พลาสติกโดยจุลินทรีย์การเจริญเติบโตของเซลล์ทางชีวภาพส่งเสริมการสลายตัวของโพลีเมอร์ไอออไนซ์หรือโปรตอนการกระทำทางกายภาพกับโพลีเมอร์นี้ทำให้เกิดความเสียหายทางกลน้ำหนักโมเลกุลสูงของโพลีเมอร์เป็นชิ้นส่วนโอลิโกเมอร์ เพื่อที่จะ บรรลุวัตถุประสงค์ของการย่อยสลายทางกายภาพ

(2) การกระทำทางชีวเคมี - การกระทำโดยตรงของเอนไซม์สถานการณ์นี้เกิดจากการกัดเซาะของเอนไซม์ที่ถูกหลั่งโดยเชื้อราหรือแบคทีเรีย ซึ่งนำไปสู่การแตกตัวหรือการสลายตัวของออกซิเดชันของพลาสติก และทำให้เกิดการแตกตัวหรือการสลายตัวของออกซิเดชันของโพลีเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำให้เป็นชิ้นส่วนที่ละลายน้ำได้ ทำให้เกิดสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็กใหม่ (CH4, CO2 และ H2O) จนกระทั่งสลายตัวขั้นสุดท้าย

โดยทั่วไปมีสองสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกการย่อยสลายทางชีวภาพของวัสดุโพลีเมอร์ที่นำไปสู่การย่อยสลายทางชีวภาพอีกอันเป็นการตัดแบบรุกรานจากปลายโซ่ดังนั้น คุณสมบัติเชิงโครงสร้างของวัสดุ เช่น ส่วนประกอบ โครงสร้างโซ่หลักและด้านข้าง ขนาดของกลุ่มส่วนปลาย และการมีอยู่หรือไม่มีความต้านทานเชิงพื้นที่ จึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการย่อยสลายคุณสมบัติของสายโซ่หลักมีผลกระทบมากกว่าหากสายโซ่หลักของโพลีเมอร์มีพันธะที่ไฮโดรไลซ์ได้ง่าย ก็จะถูกย่อยสลายทางชีวภาพได้ง่ายประการที่สอง หากกระดูกสันหลังมีความยืดหยุ่น อัตราการย่อยสลายจะค่อนข้างเร็ว ในขณะที่หากกระดูกสันหลังมีความแข็งและเป็นระเบียบ อัตราการย่อยสลายจะช้า

ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของวัสดุโพลีเมอร์จะลดลงโดยการแตกแขนงและการเชื่อมขวางตัวอย่างเช่น การแนะนำกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำที่ส่วนท้ายของสายโซ่โมเลกุลของกรดโพลีแลกติก (PLA) สามารถลดอัตราการกัดเซาะในระยะเริ่มแรกของการย่อยสลายได้เนื่องจากในกระบวนการย่อยสลายเริ่มแรก การกัดเซาะของ PLA ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของปลายสายโซ่โมเลกุล และการเพิ่มกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจะทำให้อัตราการกัดเซาะลดลงนอกจากนี้ นักวิจัยบางคนยังได้ศึกษาโครงสร้างทางเคมีของโพลีเมอร์และน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของวัสดุที่มีบทบาทสำคัญในการย่อยสลาย

2. การพัฒนาพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ทิศทางการพัฒนาพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพในอนาคตมีดังนี้

(1) พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเตรียมโดยการศึกษากลไกการย่อยสลายทางชีวภาพของโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ และศึกษาและพัฒนาบล็อกโคพอลิเมอไรเซชันของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพด้วยโพลีเมอร์ธรรมดา จุลินทรีย์โพลีเมอร์ และโพลีเมอร์ธรรมชาติที่มีอยู่

(2) ค้นหาจุลินทรีย์ที่สามารถผลิตพลาสติกโพลีเมอร์ สำรวจโพลีเมอร์ใหม่ วิเคราะห์กลไกการสังเคราะห์อย่างละเอียด ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตด้วยวิธีที่มีอยู่และวิธีการทางพันธุวิศวกรรม และศึกษาวิธีการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพ

(3) ให้ความสนใจกับการควบคุมอัตราการย่อยสลาย พัฒนาตัวเร่งการย่อยสลายและความคงตัวที่มีประสิทธิภาพเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการย่อยสลายทางชีวภาพของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ ลดต้นทุน และขยายการประยุกต์ใช้ในตลาด

(4) วิจัยและสร้างคำจำกัดความแบบรวมของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ เพิ่มคุณค่าและปรับปรุงวิธีการประเมินการย่อยสลายทางชีวภาพ และทำความเข้าใจกลไกการย่อยสลายเพิ่มเติม