分解性高分子プラスチックの開発と応用

生分解性ポリマープラスチックの開発と応用、生分解性プラスチックは、ポリマー材料を分解する機能を備えた一種の新しいタイプであり、使用プロセスにおいて、対応する健康および関連する用途性能を備えた同種の一般的なプラスチックと関係があります。機能を終えた材料は、自然環境下で急速に分解され、破片や破砕が与えられやすくなり、時間の経過とともにさらに分解され、最終的には酸化生成物（CO2と水）となって自然に還ります。

生分解性材料の開発と応用ポリマープラスチック、生分解性プラスチックは、高分子材料を分解する機能を備えた一種の新しいタイプであり、使用プロセスでは、対応する健康と関連する用途のパフォーマンスを備えた同種の一般的なプラスチックと関係があり、その機能が完了した後、材料は自然環境下では急速に分解され、環境中に破片や粉砕が与えられやすくなり、時間の経過とともにさらに分解され、最終的には酸化生成物（CO2と水）となり自然に還ります。

プラスチック廃棄物による環境汚染、環境保護と人間のニーズを踏まえると、分解性ポリマー材料の研究が急務となっている。特定の時間および特定の環境条件下では、生分解性プラスチックの化学構造が変化します。生分解性プラスチックは、化学構造が変化する理由により、生分解性プラスチックと光分解性プラスチックの2つに分類されます。

1. 分解性プラスチックの分解メカニズム

一般に、分解性プラスチックとは、土壌中の微生物の作用や太陽光線によって小さな分子に分解されるプラスチックのことを指します。製品の使用要件を満たし、加工が容易である必要があります。生分解性の特性。高分子材料に対する太陽光の作用は、太陽光に含まれる紫外線と空気中の酸素の総合的な影響であるため、光酸化劣化とも呼ばれます。光酸化劣化のメカニズムをポリオレフィンを例に挙げて説明します。本質的に、光酸化はポリマーの鎖切断または架橋を引き起こし、カルボン酸、過酸化物、ケトン、アルコールなどの一部の酸素含有官能基がこのプロセスで形成されます。ポリマー内の触媒残留物と、加工中に導入される過酸化物およびカルボキシル基の開始が主な劣化の原因です。

微生物（主に真菌、細菌、藻類など）の作用により、ポリマーは侵食または代謝され、化学構造の変化や分子量の減少が引き起こされることがあります。作用機序は主に 2 つの状況に分けられます。

(1) 生物物理学的作用。つまり、微生物によるプラスチック製品の侵食、生物細胞の増殖、ポリマーの分解、イオン化またはプロトンの促進、ポリマーに対するこの物理的作用により機械的損傷が引き起こされ、ポリマーの高分子量がオリゴマー断片になり、物理的な劣化の目的を達成します。

(2) 生化学的作用 — 酵素の直接的な作用。この状況は、菌類や細菌によって分泌される酵素の浸食によって引き起こされ、プラスチックの分裂または酸化分解を引き起こし、不溶性ポリマーの水溶性断片への分裂または酸化分解を引き起こし、新しい低分子化合物 (CH4、 CO2 と H2O)、最終分解まで。

生分解を引き起こすポリマー材料の生分解メカニズムについては、一般に 2 つの仮説があります。もう 1 つはチェーンの端からの侵入的な切断です。したがって、組成、主鎖および側鎖の構造、末端基のサイズ、空間立体抵抗の有無などの材料の構造特性が、分解性能に影響を与える重要な要素となります。中でも主鎖の性質の影響が大きくなります。ポリマーの主鎖に加水分解されやすい結合が含まれていると、生分解されやすくなります。第二に、バックボーンが柔軟であれば、分解速度は比較的速くなりますが、バックボーンが硬くて整然としていれば、分解速度は遅くなります。

ポリマー材料の生分解性は、分岐や架橋によって低下します。たとえば、ポリ乳酸 (PLA) 分子鎖の末端に疎水基を導入すると、分解の初期段階での浸食速度を低減できます。これは、本来の分解プロセスにおいて、PLA の浸食は主に分子鎖末端の構造に依存しており、疎水性基の追加により浸食速度が低下するためです。さらに、ポリマーの化学構造と、ポリマーの分解に重要な役割を果たす物質の相対分子量を研究している研究者もいます。

2. 生分解性プラスチックの開発

将来の生分解性プラスチックの開発方向は次のようになります。

(1) 生分解性高分子の生分解機構を研究して生分解性プラスチックを調製し、生分解性プラスチックと既存の一般高分子、微生物高分子、天然高分子とのブロック共重合を研究開発した。

(2) 高分子プラスチックを生産できる微生物の探索、新規高分子の探索、その合成機構の詳細な解析、既存法や遺伝子工学的手法による生産性の向上、微生物の効率的な培養方法の研究。

（3）分解速度の制御に注意を払い、効率的な分解促進剤と安定剤を開発して、分解性プラスチックの生分解性能を向上させ、コストを削減し、市場用途を拡大します。

(4) 分解性プラスチックの統一的な定義を研究・確立し、生分解の評価方法を充実・改善し、分解メカニズムをさらに理解する。