環(huán)境降解材料

環(huán)境降解

材料

Madeby:劉霄朱玉珍

吳旌滔侯祎亮張云鶴內(nèi)容要點環(huán)境降解材料的概念及研究開發(fā)的必要性環(huán)境降解的類型環(huán)境降解塑料存在的問題及解決方法2概念3在自然環(huán)境作用下，經(jīng)自然吸收、消化、分解，從而不產(chǎn)生固體廢棄物的一類材料稱之為環(huán)境降解材料．如：某些天然木材、植物，某些人工合成的塑料，它們都是可降解材料。但目前的研究對象主要集中在對塑料的降解上。

4ApplicationsofthethreestatesTb~TgTf~TdTg~Tf塑料是什么？一.塑料基本知識及潛在危害5一般塑料的Tg遠高于室溫，例如聚氯乙烯為78℃，聚苯乙烯為100℃，聚甲基丙烯酸甲酯為105℃。因而在室溫下均可制成塑料制品。橡膠的Tg通常均在零度以下。例如天然橡膠為-73℃，聚異丁烯橡膠為-70℃，聚丁二烯合成橡膠為-85℃，由于Tg很低，所以即使在嚴寒的冬天也不會失去彈性。塑料是以樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料。

玻璃化溫度Tg：指無定型聚合物（包括結(jié)晶型聚合物中的非結(jié)晶部分）由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度。是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度，也是制品工作溫度的上限。塑料的應(yīng)用及其潛在危害：塑料材料具有許多優(yōu)異的特性,因此它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，尤其是一次性使用塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農(nóng)用薄膜等的廣泛使用。普通塑料如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯約占全部塑料產(chǎn)量的80％，尤以聚乙烯的產(chǎn)量最大，它們在自然環(huán)境下很穩(wěn)定，不易腐爛降解，對環(huán)境造成了多方面的污染。6據(jù)2008年的數(shù)據(jù)，我國僅PE膜（聚乙烯的英文簡寫

PE

=Polyethylene）的總產(chǎn)量就為1073萬噸。其中大約220萬噸（約20.5%）用于食品包裝，約483萬噸（約45%）用于各種大小的塑料袋，約255萬噸（約23.8%）用于農(nóng)膜，約52噸（約4.8%）用于拉伸膜，雖然小但是增長快，約63噸（約5.9%）用于其它應(yīng)用。78

處理廢棄塑料的主要方法：焚燒：在野外或利用專用設(shè)備焚燒處理掉;

掩埋：深挖深埋;

回收利用：作為熱能、化學(xué)原料和原材料進行回收.9以上方法都有缺點：焚燒時產(chǎn)生的氣體不僅污染大氣環(huán)境，而且容易腐蝕設(shè)備；掩埋需占用大量土地，對我們這樣人多地少的國家尤其不適用，而且易造成土壤及地下水的污染；目前回收成本偏高,

混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥處理，分揀出來的廢塑料也因無法保證質(zhì)量而很難回收利用。10

傳統(tǒng)的包裝材料主要成分是聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚偏二氯乙烯(PVDC)，它們在生產(chǎn)過程中都添加了一定量的增塑劑,如鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)

。

增塑劑對人體的危害要比預(yù)計高的多,長期接觸增塑劑會對人的內(nèi)分泌系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害。PVC和PVDC在使用過程中遇油、高溫會釋放出氯乙烯單體,氯代烴已被證實具有致癌作用。11大量的塑料廢棄物留在公共場所和海洋中，或殘留在耕地的土層中。

這些塑料垃圾影響市容、危害環(huán)境，形成巨大的“白色污染”源，造成土壤板結(jié)、水質(zhì)惡化，妨礙動植物生長，危及人類健康和生存，成為世界性公害。

因此從環(huán)境保護和經(jīng)濟價值兩方面考慮，研究和發(fā)展可降解塑料是塑料發(fā)展的必然趨勢。

意大利、丹麥、瑞士、瑞典及美國的一些州已立法，禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料，對使用者加以附加稅。我國的一些城市也已作出規(guī)定，禁止使用非降解的一次性快餐盒。環(huán)境降解塑料：一類其制品的各項性能可滿足使用要求,在保存期內(nèi)性能不變,而使用后在自然環(huán)境條件下,能降解成對環(huán)境無害的物質(zhì)的塑料。12二.降解塑料的主要類型13環(huán)境降解塑料光降解塑料生物降解塑料化學(xué)降解塑料雙降解塑料熱氧降解塑料、避光繼續(xù)氧化降解塑料合成高分子型添加型光降解塑料化學(xué)合成型高分子微生物合成型天然高分子型填充型水降解型溶劑降解型光-生物雙降解氧化-生物雙降解生物-化學(xué)雙降解光-化學(xué)雙降解14

光降解塑料是指該塑料在日光照射下發(fā)生裂化分解反應(yīng)，使材料于日光照射后一段時間內(nèi)失去機械強度，達到分解的目的。

1.光降解塑料常用的塑料，如聚乙烯(PE)等受光的照射不能發(fā)生分解。這是因為照射到地球表面的波長為290-400nm的近紫外光的光能比共價鍵的離解能小得多。但如果某種塑料含有醛、酮等羰基以及雙鍵，就能吸收光能，進而引發(fā)光降解。

如果要使聚乙烯發(fā)生降解，可在聚乙烯基材中添加光敏劑，由光敏劑吸收更多的光能后產(chǎn)生自由基，然后促使其發(fā)生氧化反應(yīng)而降解。一種是把含有發(fā)色基團的光敏化物質(zhì)或光分解劑混入聚合物材料中,如金屬氧化物、鹽、有機金屬化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等,由這些物質(zhì)吸收光能后(主要是紫外線)產(chǎn)生自由基,或者將激發(fā)態(tài)能量傳遞給聚合物材料使其產(chǎn)生自由基,然后促使高分子材料發(fā)生氧化反應(yīng)。15另一種方法是將適當(dāng)?shù)墓饷舾谢鶊F(如一c＝o)引入高分子結(jié)構(gòu)中而賦予高分子材料光降解的特性。目前合成的光降解聚合物,主要是烯烴和一氧化碳或烯酮類單體的共聚物,這樣就可以得到含有羰基結(jié)構(gòu)可以發(fā)生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等.光降解塑料的制備方法有兩種：16

生物降解塑料一類由于自然界存在的微生物如細菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。2.生物降解塑料理想的生物降解塑料是一種具有優(yōu)良的使用性能、廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解、最終被無機化而成為自然界中碳素循環(huán)的一個組成部分的高分子材料。

根據(jù)降解破壞的最終形式，生物降解塑料可分為

17

18無機生物材料聚羥基脂肪酸酯淀粉聚乳酸聚己內(nèi)酯聚丁二酸丁二醇酯五大熱門可降解材料近年來比較活躍最理想的生物可降解材料是利用可再生資源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。這種生物材料可以被生物所重新利用，能夠降解，產(chǎn)物最好是二氧化碳和水，從而使這種材料的生產(chǎn)和使用納入自然界的循環(huán)。生物降解材料的種類19無機生物材料淀粉及其衍生物因為生物降解性好，價格低廉而被改性作為填充塑料的重點，并且其接枝物在很多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。利用植物中的淀粉、纖維素和木質(zhì)素等，以及利用動物中的殼聚糖、氨基葡聚糖、動物膠，以及海洋生物的藻類等，可制造有價值的生物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物則可以做為完全生物降解型聚合物。因而，將淀粉改性后，與聚己內(nèi)酯等合成的降解聚合物共混，以此來提高材料的降解性和力學(xué)性能，已經(jīng)成為當(dāng)前生物降解材料研究的熱點之一。（1）淀粉及其它天然聚合物20無機生物材料環(huán)保玉米淀粉牙簽

淀粉的用途十分廣泛,可制作粘膠,塑料,食品等多種產(chǎn)品。如名菜豬肉燉粉條是用紅薯淀粉做的，龍口粉絲是用綠豆淀粉做的。淀粉牙簽一般是用玉米和綠豆的淀粉制成。

淀粉牙簽經(jīng)濟環(huán)保，能避免大量森林資源被砍伐，它是國際綠色工業(yè)浪潮的必然產(chǎn)物，具有很強的市場潛力和競爭力。

據(jù)統(tǒng)計，每年約超過1億噸甘蔗用來制作白糖，而產(chǎn)出的甘蔗渣占據(jù)其中的三成，這是一筆相當(dāng)可觀的可回收資源。21這面墻的裝飾是由WallArt用甘蔗渣作材料制成的，回收率達100%，不僅提供了生態(tài)友好的3D墻壁效果，而且完全可生物降解。2223

由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，它是由生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防滲透性，同時具有與聚苯乙烯相似的光澤度、透光性和加工性。無機生物材料23（2）聚乳酸－玉米塑料

聚乳酸“玉米塑料”

解決石油危機的明燈玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料24淀粉乳酸植物光合作用CO2和水乳酸聚乳酸塑料制品聚乳酸廢棄物發(fā)酵聚合酶水解微生物代謝陽光生物降解塑料又稱為生態(tài)塑料25聚乳酸應(yīng)用：無機生物材料聚乳酸包裝袋25聚乳酸紡織品26聚乳酸纖維是由聚乳酸樹脂經(jīng)常規(guī)紡絲工藝制得的生物合成纖維，其物理性能接近錦綸和滌綸，透氣性和手感都好于滌綸，不易起靜電，具有生物相容性、舒適性好，可制成復(fù)絲、單絲、短纖維、針織物、非織造布等。用聚乳酸纖維制備的內(nèi)衣具有寬松舒適、透氣、導(dǎo)濕吸汗等優(yōu)點,好似人體的第二層皮膚。豐富的PLA制品27聚乳酸塑料制品28聚乳酸塑料制品29聚乳酸人造皮膚聚乳酸導(dǎo)管支架30組織工程耳朵組織工程支架示意圖無機生物材料31光-生物雙降解塑料即是在光和生物雙重作用下具有協(xié)同降解效果的塑料。這種塑料所以能夠雙降解，關(guān)鍵決定于它的整體材料中加有兩種誘發(fā)劑，即在材料中摻混有生物降解劑淀粉，還摻有誘發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的可控光降解的光敏劑或被人稱之為“定時器”的復(fù)配光敏劑以及自動氧化劑等助降解劑。這種方法不僅克服了無光或光照不足時不易降解和降解不徹底的缺陷，還克服了生物降解塑料加工復(fù)雜，成本太高不易推廣的弊端。3.光-生物雙降解塑料32價格昂貴，不易推廣應(yīng)用加工困難，尚未完全達到實用階段降解可控、回收利用等技術(shù)不足尚無統(tǒng)一評價方法和標準人工合成，工藝復(fù)雜、性能不穩(wěn)定生物降解材料主要問