纤维材料的生物降解反应根据降解产物可分为初步降解、部分降解和完全降解反应。其中初步降解仅发生了单一转化反应,而完全降解则是其被完全无机化而产生水和CO2等,部分降解则介于两者之间。纤维材料属于高分子材料,其生物降解反应主要包括三个步骤,一是微生物在纤维材料表面的吸附;二是微生物在纤维材料表面释放多种生物酶,并通过水解和氧化等反应将表面的高分子化合物分解为有机酸和低聚糖等低分子量化合物;三是降解产物被微生物摄入体内,经过生理代谢后被微生物体利用,转化为微生物的活动能量,同时在需氧或厌氧条件下转化为不同的低分子化合物,其中在好氧条件下,高聚物被完全氧化降解的最终产物是水和CO2,有时还可能存在氨和硫酸盐等无机化合物。而在厌氧条件下,高聚物将通过水解酸化等反应生成CH4和CO2等气体。
纤维材料的生物降解性能与其分子结构(如相对分子质量、氢键和取代基等)以及聚集态结构(如结晶度、取向度和对称性等)关系密切。通常而言,极性聚合物材料更易与生物酶发生吸附作用,因此可以认为高分子材料具有极性是其发生生物降解反应的必要条件。当疏水性或不溶于水的聚合物材料发生降解反应时,其通常是借助主链或侧链基团的水解反应使其极性提高或水溶性改善,有利于其后续生物降解反应的顺利进行。一般而言,主链结构中存在C—O和C—N键或不饱和键的聚合物比仅有C—C键构成的聚合物的生物降解性更好。而聚合物分子结构含有—CH=CH—时其生物降解性变好。如果聚合物分子结构含有水溶性的侧链或基团,如聚氧化乙烯等,则有利于其生物降解反应。反之,其结构中的甲基或亚甲基的存在使聚合物更难于生物降解。聚合物的相对分子质量增加会使其生物降解性下降。在聚集态结构方面,聚合物分子链间作用力增大会降低其生物降解性。聚合物结晶度高、分子链刚直和取向度大等都会导致其生物降解性较差。(www.daowen.com)
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