Παράγοντες που επηρεάζουν την υδρόλυση του πολυλακτικού οξέος (PLA)
November 20, 2023
Επί του παρόντος, η ετήσια παραγωγή πλαστικών παγκοσμίως περίπου 140 εκατομμύρια τόνοι, αφού η χρήση των αποβλήτων αντιπροσώπευε περίπου το 50% έως 60% της παραγωγής, τα περισσότερα από τα υλικά προϊόντα πολυμερών είναι δύσκολο να αποσυντεθούν, με αποτέλεσμα τη ρύπανση των υπόγειων υδάτων και του εδάφους. Η ανάπτυξη φυτών και ζώων, απειλώντας την επιβίωση των ανθρώπων και της υγείας και να γίνει ο κύριος ένοχος της λευκής ρύπανσης του κόσμου. Καθώς οι άνθρωποι δίνουν όλο και περισσότερη προσοχή στα περιβαλλοντικά ζητήματα, ευνοούνται σταδιακά τα βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά. Ως φιλικό προς το περιβάλλον αλειφατικό πολυεστέρα, το πολυλακτικό οξύ (PLA) είναι επίσης ένας από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους βιολογικών υλικών . Με την καλή βιοσυμβατότητα, την αποικοδόμηση και τις εξαιρετικές ιδιότητες επεξεργασίας, το PLA έχει λάβει ευρεία προσοχή και θεωρείται ένα από τα πιο ελπιδοφόρα νέα "οικολογικά υλικά" για να αντικαταστήσει τα υπάρχοντα πλαστικά. 1. Μηχανισμός διαχωρισμού πολυλακτικού οξέος (PLA) Ως πολυεστέρα, η αποικοδόμηση του πολυλακτικού οξέος χωρίζεται σε απλή υδρολυτική αποικοδόμηση και αποικοδόμηση καταλυόμενη με ένζυμο. Η απλή υδρολυτική αποικοδόμηση είναι η αντίστροφη αντίδραση της εστεροποίησης, ξεκινώντας από την απορρόφηση του νερού, τα μικρά μόρια του νερού μετακινούνται στην επιφάνεια του δείγματος, διάχυση στον δεσμό εστέρα ή υδρόφιες ομάδες γύρω από το ρόλο του οξέος και του αλκαλίου στο μέσο, ο εστέρας Το κάταγμα της υδρόλυσης χωρίς δεσμό, το δείγμα του μορίου, η ποσότητα αργής μείωσης του μοριακού βάρους όταν το μοριακό βάρος μειώνεται σε κάποιο βαθμό, το δείγμα άρχισε να διαλύεται, δημιουργώντας προϊόντα διαλυτής αποικοδόμησης. Η ενζυματική αποικοδόμηση του πολυλυκτιδιδίου είναι έμμεση, εμφανίζεται η πρώτη υδρόλυση πολτακτικού οξέος, η υδρόλυση σε κάποιο βαθμό και ο περαιτέρω μεταβολισμός υπό τη δράση των ενζύμων, έτσι ώστε να μπορεί να ολοκληρωθεί η διαδικασία υποβάθμισης.
2. συντελεστές που επηρεάζουν την υδρόλυση και την αποικοδόμηση του πολυλακτικού οξέος Παράγοντες που επηρεάζουν την υδρόλυση του PLA μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: ιδιότητες υλικού και συνθήκες υδρόλυσης. Οι ιδιότητες των υλικών περιλαμβάνουν τη μοριακή δομή, την κρυσταλλικότητα, το μέγεθος και τη διανομή μοριακού βάρους, την κανονικότητα της δομής, το σχήμα και το μέγεθος του δείγματος, τη διαδικασία χύτευσης, τα πρόσθετα και τις ακαθαρσίες κλπ. Οι συνθήκες υδρόλυσης περιλαμβάνουν το pH, τη θερμοκρασία και την υγρασία, τη διηλεκτρική σταθερά, την αγωγή με ακτινοβολία κλπ., Οι παράγοντες αυτοί δεν είναι ανεξάρτητοι από την επίδραση της υποβάθμισης του πολυμερούς του υλικού, αλλά την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. 3. Επίδραση της μοριακής δομής Η μοριακή δομή είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τις ιδιότητες των υλικών με βάση το PLA. Μερικοί ερευνητές προετοίμασαν 3 οπλισμένες, 4-οπλισμένες και άλλες πολλαπλές οπλισμένες PLA χρησιμοποιώντας διαφορετικούς εκκινητές για να μελετήσουν τις ιδιότητες της υδρόλυσης και διαπίστωσαν ότι για PLA με το ίδιο μοριακό βάρος, τόσο υψηλότερος είναι ο αριθμός των διακλαδισμένων αλυσίδων, τόσο ταχύτερος είναι ο ρυθμός αποικοδόμησης. Η ανάλυση μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι τα πολυμερή που περιέχουν διακλαδισμένες δομές έχουν χαμηλότερη κρυσταλλικότητα και περισσότερες ομάδες τερματικών και επομένως υποβαθμίζονται ταχύτερα από εκείνα με γραμμικές δομές. Οι άνθρωποι αλλάζουν τη μοριακή δομή του PLA με τροποποίηση συμπολυμερισμού και συνθέτουν διάφορους τύπους συμπολυμερών με PLA ως μήτρα για τον έλεγχο του ρυθμού υδρόλυσης. Για παράδειγμα, το συμπολυμερές PLGA, η εισαγωγή του PEG όχι μόνο βελτιώνει την υδροφιλικότητα του PLA και μειώνει την κρυσταλλικότητά του, η οποία επιταχύνει την αποικοδόμηση του πολυμερούς, αλλά δίνει επίσης στο υλικό νέες ιδιότητες και λειτουργίες. Η υδροφιλικότητα της εισαγόμενης ομάδας διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη διαδικασία υδρόλυσης των πολυμερών στην τροποποίηση του μείγματος, τόσο καλύτερη είναι η υδροφιλικότητα, τόσο πιο σημαντική είναι η υδρολυτική αποικοδόμηση.
4. Επίδραση της κρυσταλλικότητας Το PLA ανήκει στο κρυσταλλικό πολυεστέρα, αλλά ακόμη και αν το PLA ανήκει στο κρυσταλλικό πολυεστέρα, η κρυσταλλικότητά του δεν μπορεί να φτάσει το 100%και το σωματίδιο ή το υλικό χωρίζεται σε κρυσταλλική και άμορφο περιοχή (άμορφη περιοχή). Στη διαδικασία της υδρόλυσης του PLA, η υδρόλυση εμφανίζεται πάντα πρώτα στην άμορφη ζώνη. Το νερό διεισδύει πρώτα στην άμορφη ζώνη, έτσι ώστε ο δεσμός του εστέρα στην άμορφη ζώνη να σπάσει, όταν το μεγαλύτερο μέρος της άμορφης ζώνης υδρολύεται, μόνο από την άκρη στο κέντρο της κρυσταλλικής ζώνης αρχίζει να υδρολύει. Πρέπει να σημειωθεί ότι, κατά τη διαδικασία της υδρόλυσης PLA, που συχνά συνοδεύεται από το φαινόμενο της αυξημένης κρυσταλλικότητας, που μπορεί να οφείλεται στην υδρόλυση της άμορφης ζώνης, η δημιουργία μιας σειράς δομικής κανονικότητας χαμηλών μοριακών ουσιών, καθιστώντας το PLA Η κρυσταλλικότητα αυξήθηκε. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι η αύξηση της κρυσταλλικότητας οφείλεται στην υδρόλυση της άμορφης ζώνης, η οποία αυξάνει την αναλογία της κρυσταλλικής ζώνης στο υπόλοιπο δείγμα. 5. Επίδραση της κανονικότητας της κυβικής δομής Λόγω του οπτικού ισομερισμού του γαλακτικού οξέος, το PLA έχει επίσης διαφορετικούς κύβους, PLLA, το οποίο γίνεται με πολυμερισμό καθαρού L-γαλακτικού οξέος. PDLA, το οποίο κατασκευάζεται με πολυμερισμό καθαρού D-γαλακτικού οξέος. Pdlla, η οποία γίνεται με πολυμερισμό διαφορετικού καθαρού PLA χαμηλού φωτισμού σε μια συγκεκριμένη αναλογία L-γαλακτικού οξέος και D-γαλακτικού οξέος. και P (L/D) LA, το οποίο γίνεται με τη συν-ανάμιξη των PLLA και PDLA σε μια συγκεκριμένη αναλογία. Ένας ερευνητής συνέκρινε τις ιδιότητες υδρόλυσης των PLLA, PDLLA, PDLA και P (L/D) LA και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το PDLLA ήταν το πιο εύκολο στην υδρολύοντας. Τα PLLA και PDLA ήταν τα επόμενα ευκολότερα για να υδρολύουν και το P (L/D) LA είχε την ισχυρότερη αντίσταση υδρόλυσης.
