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　　隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的擴(kuò)大，非織造材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用獲得迅猛發(fā)展，其用量從20世紀(jì)90年代初的17.1萬t發(fā)展到2000年的超過29.2萬t，非織造型土工織物占全部土工織物用量的比例已達(dá)73%。隨著全球工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高分子材料一次性產(chǎn)品大量使用，但丟棄后卻難以快速降解，造成大量廢棄物堆積。這些廢棄物增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)，引起廣泛而深遠(yuǎn)的負(fù)面影響，成為亟待解決的環(huán)境危機(jī)。在土木工程領(lǐng)域，并非所有材料都要求具有優(yōu)異的耐久性。針對植被保護(hù)、農(nóng)作物養(yǎng)護(hù)等特殊的應(yīng)用場景，聚乳酸(PLA)纖維等一些可降解非織造材料也進(jìn)入土工復(fù)合材料領(lǐng)域，它們有望在實(shí)現(xiàn)土工復(fù)合材料所要求的力學(xué)性能和適宜耐久性的同時(shí)，兼顧環(huán)保問題。

可降解非織造材料的降解原理

　　相較于其他材料，在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的可降解非織造材料，并不要求其具有優(yōu)異的耐久性，只需在預(yù)期時(shí)間段內(nèi)保持設(shè)定的性能，所以此類應(yīng)用主要是發(fā)揮材料的環(huán)保性和時(shí)效性，而這些都基于材料的可降解性能。無論是材料熱力學(xué)意義上的降解，還是動(dòng)力學(xué)意義上的降解，均是由外部環(huán)境因素的改變造成的，包括溫度、濕度、微生物等。

光降解

　　在材料分子鏈中引入對光敏感的羰基等基團(tuán)，當(dāng)材料在光照作用下時(shí)，環(huán)境中的氧氣、大氣中的水分等使材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，分子鏈發(fā)生斷裂，宏觀上表現(xiàn)為材料的老化，如變脆、變軟、發(fā)硬、發(fā)黏發(fā)黃，力學(xué)性能漸漸喪失，形貌形態(tài)解體，最終材料降解。一方面，光因素直接決定材料的降解程度，材料的曝光面可徹底降解，但背光面降解則比較難;另一方面，材料降解與光敏劑的含量有關(guān)，如E/CO就屬于乙烯/一氧化碳共聚物合成類型的降解材料，其降解速度與主鏈中的酮基含量有關(guān)，光輻射充足的情況下，數(shù)天就能完全降解。利用這一原理，可以在某些材料中添加光敏劑，即能以極低的成本、簡單的工藝使普通材料獲得光降解性能。如在聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚合物中添加適量的酮類、胺類光敏劑，均可使其獲得優(yōu)良的光降解性。這類光降解塑料的降解誘導(dǎo)期可控制在兩個(gè)月以上，但降解進(jìn)程可控性較差。

典型光降解高分子材料及應(yīng)用

溫度降解

　　材料在使用過程中，隨著環(huán)境溫度的急劇變化，分子鏈會(huì)發(fā)生小規(guī)模降解，微觀解釋是溫度的作用是通過原子的熱運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，無規(guī)律的熱漲落造成分子水平上的能量分布不均，使得一部分原子的能量首先超過斷鍵活化能，發(fā)生化學(xué)鍵斷裂。而在具體的使用環(huán)境中，往往是多種因素的協(xié)同作用，使材料分子鏈降解加速。通常這種降解并不是十分劇烈，整個(gè)降解過程相對漫長。

生物降解

　　生物降解是通過環(huán)境中自然存在的真菌、細(xì)菌等微生物的呼吸作用，以及昆蟲的啃食等使材料被蠶食或分解為乙醇、二氧化碳、水等小分子，從而實(shí)現(xiàn)自然降解的過程。天然纖維、再生纖維素纖維、PLA等合成材料都具有良好的生物降解性。

　　PLA又稱聚丙交酯，是以微生物發(fā)酵產(chǎn)物乳酸為單體聚合而成的。使用后可降解，不會(huì)污染環(huán)境。PLA可以被加工成力學(xué)性能較好的纖維和薄膜。PLA膜具有和玻璃紙膜相似的折疊形狀穩(wěn)固性和扭結(jié)保持性、優(yōu)良的光澤度、高阻隔性、抗油性、高結(jié)晶透明度，霧度極小，同時(shí)具有良好的透氣性、透氧性及透二氧化碳性，具有隔離氣味的特性，還是能抗霉的生物可降解塑料。PLA在生物體內(nèi)可被水解成乳酸和乙酸，并經(jīng)酶代謝為CO2和H2O，即便被焚化，PLA燃燒熱值與紙類相同，是傳統(tǒng)塑料(如PE)的一半，且不會(huì)釋放出氮化物、硫化物等有毒有害氣體，因而很適合作為地膜使用。

　　近年來有一些對聚丙烯基、聚烯烴進(jìn)行接枝使之獲得可降解性能的研究。如DEVK等用丙烯酸接枝的方法來改善丙烯酸接枝聚丙烯的生物降解性能，在90.5%的接枝率時(shí)可達(dá)到6.85%的最大生物降解率，表明堆肥中的微生物可以降解丙烯酸接枝聚丙烯。

　　此外，聚烴基脂肪酸酯(PHA)是由細(xì)菌合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等許多優(yōu)良性能。其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、PHB和PHV的共聚物(PHBV)等。作為具有優(yōu)異性能的可生物降解材料，PHA的重要性不言而喻，但是由于工藝水平的限制，且原料價(jià)格高昂，其應(yīng)用還集中在一些要求更高的特殊領(lǐng)域。

來源：紡織導(dǎo)報(bào)  請點(diǎn)擊左下角“閱讀原文”進(jìn)入原網(wǎng)頁閱讀。

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