可降解塑料的研究現(xiàn)狀和分類1

1、可降解塑料的研究現(xiàn)狀和分類可降解塑料的研究現(xiàn)狀和分類1、傳統(tǒng)塑料的危害2、可降解塑料一、傳統(tǒng)塑料 塑料的使用狀況 傳統(tǒng)塑料的處理方法及不足之處二、可降解塑料 可降解塑料的定義、分類及不同可降解塑料的利弊 可降解塑料的簡單降解機(jī)理1、傳統(tǒng)塑料塑料的應(yīng)用狀況塑料的應(yīng)用狀況：自1997年利澳.伯蘭克制得第一個以合成材料樹脂為基礎(chǔ)的塑料酚醛樹脂以來，塑料的應(yīng)用更是飛速發(fā)展起來，甚至在很多方面代替了鋼材、木材、混凝土的角色。1、美國自1974年以來，塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的2倍。1979年美國的塑料產(chǎn)量首次超過鋼鐵產(chǎn)量，塑料在美國四大材料中名列第二。2、我國目前塑料地膜使用及耕地面積位居世界第

2、一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1996年我國塑料制品總產(chǎn)量已高達(dá)800萬噸，2009年上半年僅15月份，我國塑料產(chǎn)量就已達(dá)1600萬噸。3、全世界每年塑料廢棄物的產(chǎn)量高達(dá)5000萬噸，在城市固體廢棄物中塑料的質(zhì)量已達(dá)百分之十以上，體積分?jǐn)?shù)則在百分之三十左右,而其中大部分是一次性塑料包裝及日用品廢棄物。 自然狀況下塑料的生物降解自然狀況下塑料的生物降解：環(huán)境中的塑料環(huán)境中的塑料廢物在自然狀況下可被微生物作用，但分解速度廢物在自然狀況下可被微生物作用，但分解速度極慢，屬于極難生物降解的頑固化合物。現(xiàn)了解，極慢，屬于極難生物降解的頑固化合物?，F(xiàn)了解，微生物主要是作用于塑料制品中所含的增塑劑。微生物主要是作用于塑

3、料制品中所含的增塑劑。由于增速劑代謝變化而使塑料物理性質(zhì)發(fā)生變化，由于增速劑代謝變化而使塑料物理性質(zhì)發(fā)生變化，但組成塑料聚合物的組分本身的化學(xué)性質(zhì)卻無改但組成塑料聚合物的組分本身的化學(xué)性質(zhì)卻無改變變塑料在環(huán)境中幾乎不能自然降解，大量的塑料廢棄物堆塑料在環(huán)境中幾乎不能自然降解，大量的塑料廢棄物堆積造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危及禽畜和野生動物的生存。積造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危及禽畜和野生動物的生存。2 23 3一一二二三 采用填埋處理，因塑料制品質(zhì)大體輕，且不易腐爛，會導(dǎo)致填埋地成為軟質(zhì)地基，今后很難利用。 焚燒處理： 采用焚燒處理，因塑料發(fā)熱量大，易損傷爐子，加上焚燒后產(chǎn)生的氣體會促使地球暖化，有些塑料

4、在焚燒時還會釋放出有害氣體而污染大氣。 回收利用： 采用回收再用的方法，由于耗費(fèi)人工，回收成本高，且缺乏相應(yīng)的回收渠道，目前世界回收再用僅占全部塑料消費(fèi)量的15%左右。但因世界石油資源有限，從節(jié)約地球資源的角度考慮，塑料的回收再用具有重大的意義。填埋處理：2、可降解塑料定義：降解塑料是指一類其制品的各項(xiàng)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，因此，也被稱為可環(huán)境降解塑料。分類：按降解過程進(jìn)行分類：生物降解型、光降解型、化學(xué)降解型按研究方向進(jìn)行分類：光降解型、生物降解型、光生物雙降解型 在實(shí)際研究應(yīng)用中主要將可降解塑料分為：光降解塑在實(shí)際

5、研究應(yīng)用中主要將可降解塑料分為：光降解塑料、生物降解塑料、光料、生物降解塑料、光生物雙降解塑料。生物雙降解塑料。光降解塑料生物降解塑料光生物雙降解塑料添加型合成型完全降解型不完全降解型天然高分子材料人工合成材料微生物合成材料.光降解塑料：是指在紫外線的影響下聚合物鏈有次序地進(jìn)行分解的材料。1 12 2聚合物吸收光生成過氧化基團(tuán)維持反應(yīng)氫自由基發(fā)生氧化反應(yīng)聚合物脫出氫自由基光化學(xué)反應(yīng)光解過程光降解塑料 其具體過程是: 聚合物通過光的物理吸收過程而引起光化學(xué)反應(yīng),脫出聚合物分子鏈上的氫原子而形成自由基。直鏈聚合物降解后不再形成新的基團(tuán),而交聯(lián)聚合物則在降解過程中又可能形成新的基團(tuán),這是簡單的光降解

6、機(jī)理。通常形成的自由基在有氧存在的條件下便發(fā)生氧化反應(yīng),形成過氧化基團(tuán)以維持降解過程。過氧化基團(tuán)和氫原子作用形成過氧化氫并脫出。過氧化物只需吸收光線中比紫外線稍低的能量,通過聚合物中殘留的微量金屬的催化作用很快便可分解。 大多數(shù)聚合物并不吸收285NM以上波長的光能，但是，如果在聚合物中加入光敏感基團(tuán)或添加具有光敏感作用的化學(xué)助劑，可加速光氧化反映的過程，使之快速發(fā)生降解。一般光降解塑料的制備方法有兩種一般光降解塑料的制備方法有兩種: :添加型光降解塑料和添加型光降解塑料和 合成型光降解塑料合成型光降解塑料 添加型光降解塑料是把含有發(fā)色基團(tuán)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

7、、鹽、有機(jī)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(主要是紫外線)后產(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)達(dá)到劣化的目的。光降解塑料：添加型光降解塑料目前的光添加劑主要有（1）羧基甲基酮類（2）金屬化合物（3）含有芳烴環(huán)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)（4）過氧化物（5）鹵化物（6）顏料等添加劑。 光降解塑料：合成型光降解塑料 合成型光降解塑料是將適當(dāng)?shù)墓饷舾谢鶊F(tuán)(如-C=O)通過共聚的方式引入聚合物材料的分子結(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。光降解塑料 我國對光降解塑料的

8、研究起步較早，主要是用于農(nóng)用地膜的使用，目前技術(shù)手段已經(jīng)相對成熟，在生產(chǎn)生活中也得到了廣泛的應(yīng)用。光降解塑料的優(yōu)點(diǎn)： （1）依靠光能進(jìn)行降解，能源來源廣泛； （2）降解過程成本低，不需要消耗大量的人力物力； （3）技術(shù)簡單易于掌握，所需設(shè)施只要在傳統(tǒng)塑料制備 的基礎(chǔ)上稍加改造便可投入生產(chǎn)。光降解塑料光降解塑料的缺點(diǎn)： 降解過程受溫度、濕度、紫外線、氣候條件、天氣狀況等多因素的影響。 降解速度較慢，無法人工控制降解時間。 目前對光降解塑料的研究主要停留在尋找高效方便且來源廣泛的添加劑上。若能在添加劑方面有所突破，光降解將會再次成為可降解塑料的發(fā)展熱點(diǎn)。生物降解塑料定義： 生物降解塑料指的是既可被

9、環(huán)境中的微生物，如細(xì)菌、真菌和藻類所釋放出的酶降解、又可在自然條件下發(fā)生天然降解反應(yīng)，如天然水解，天然氧化反應(yīng)等的塑料一般可生物降解塑料的生物降解過程主要經(jīng)歷三個階段： 微生物粘附于塑料表面，產(chǎn)生一些水溶性的中間降解產(chǎn)物。粘附和降解產(chǎn)物與塑料特性、微生物種類及外在條件等相關(guān)。 微生物分泌特定的酶類，吸附于高分子材料表面并消解聚合物鏈，然后通過水解和氧化等各種反應(yīng)將高分子材料降解為低分子量的寡聚體、二聚體和單體等碎片。 這些低分子量的單體透過微生物的細(xì)胞膜進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)，并在微生物作用下將其吸收利用，最終轉(zhuǎn)化為 CO2、水、甲烷等釋放出來。生物降解塑料生物降解塑料分類： 按生物降解過程分為：完全生

10、物降解型和不完全降解型兩大類 其中不完全降解型塑料目前研究的主要是崩壞型塑料，所以有時也用崩壞型塑料來代替不完全降解塑料。 從制備方法考慮分為：生物發(fā)酵合成塑料、化學(xué)合成塑料、利用動植物天然高分子或礦物質(zhì)合成塑料 從合成材料可分為：天然高分子材料、微生物合成高分子材料、人工合成高分子材料生物降解塑料一般可生物降解塑料的生物降解過程主要經(jīng)歷三個階段： 微生物粘附于塑料表面，產(chǎn)生一些水溶性的中間降解產(chǎn)物。粘附和降解產(chǎn)物與塑料特性（如表面粗糙度、結(jié)晶度、分子量、官能團(tuán)類型等）、微生物種類及外在條件（如溫度、濕度）等相關(guān)。 微生物分泌特定的酶類（如胞外酶和胞內(nèi)酶），吸附于高分子材料表面并消解聚合物鏈，

11、然后通過水解和氧化等各種反應(yīng)將高分子材料降解為低分子量的寡聚體、二聚體和單體等碎片。 這些低分子量的單體透過微生物的細(xì)胞膜進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)，并在微生物作用下將其吸收利用，最終轉(zhuǎn)化為 CO2、水、甲烷等釋放出來。生物降解過程示生物降解過程示完全生物降解型塑料定義： 完全生物降解塑料是指由天然高分子或農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)微生物發(fā)酵合成具有生物降解性的高分子制得，且廢棄后能被自然界中的細(xì)菌、真菌等微生物 100% 降解，最終分解成水和二氧化碳，起到了很好的保護(hù)環(huán)境作用，所以又被稱為“綠色塑料”。完全生物降解塑料 該種塑料除具有可降解性外，還有易于加工及滿足使用要求的性能，并作為一種新型的環(huán)境友好型材料，正逐步替代

12、傳統(tǒng)石油塑料走進(jìn)千家萬戶。 但完全生物降解型塑料的技術(shù)還不成熟，還有許多關(guān)鍵地方有待突破，而且該鐘塑料的生產(chǎn)成本也較高，不適于大規(guī)模推廣使用。完全生物降解型塑料分類：按使用材料不同進(jìn)行分類： 天然高分子材料 具有生物降解性的合成高分子材料 水溶性高分子材料 微生物發(fā)酵法可降解塑料天然高分子材料來源： 植物來源的生物物質(zhì)、動物來源的甲殼質(zhì)。 植物來源包括細(xì)胞壁組成的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、多糖類及碳?xì)浠衔?動物來源就是蝦、螃蟹等甲殼動物。 自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,纖維素和甲殼質(zhì)在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似,生物分解后,不會造成環(huán)境污

13、染。但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求,因此,它大多與其它高分子共混制得。合成高分子材料 合成高分子型生物降解塑料是指利用化學(xué)方法合成制造的生物降解塑料。 這類產(chǎn)品具有比較大的靈活性,可通過研究合成與天然高分子生物降解塑料結(jié)構(gòu)相似的或合成具有有敏感降解官能團(tuán)塑料。通常合成主鏈上含有C-N, C-O等雜鏈的高分子比主鏈上是C-C結(jié)構(gòu)的高分子易于生物降解。 聚乳酸制品就是其中一種研究較多、性能較好的生物降解性塑料,其制品農(nóng)業(yè)、生活、服裝、醫(yī)療得到了廣泛的應(yīng)用。其降解產(chǎn)物是二氧化碳和水,不會造成二次污染 近年來，對天然高分子的研究成為熱點(diǎn)。吳素平，容敏智，

14、胡靜，章明秋對丙烯酸化環(huán)氧大豆油泡沫塑料的研究1結(jié)果表明，以過氧化苯甲酞為引發(fā)劑所得泡沫塑料的壓縮性能較好，殘余單體的含量較低。王紅娟，容敏智，章明秋，胡靜制備了蓖麻油樹脂基泡沫塑料2，并通過土埋法實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果，所制備的MACO（馬來酸蓖麻油脂）/St（苯乙烯）系列泡沫塑料在自然土埋條件均可以緩慢降解，隨著泡沫體中 MACO含量增大，降解速度增加，當(dāng)m(MACO):m(St)9:1時制備的泡沫塑料的降解速度最快，在相同降解時間下，失重率最大微生物發(fā)酵法可降解塑料 微生物發(fā)酵法可降解塑料是指微生物可把某些有機(jī)物作為食物來源,通過發(fā)酵作用合成高分子。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物

15、可降解性,可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。生物崩壞型塑料定義：生物崩壞型塑料是屬于不完全生物降解塑料，是在烯烴通用塑料中混入生物降解性物質(zhì)，使材料喪失力學(xué)性能與形狀，而通過堆肥化產(chǎn)生與生物降解性能同樣的效果，因這類塑料成本低，目前國內(nèi)外已經(jīng)采用這種方法。 生物破壞性塑料是對材料水平而言的,主要是天然高分子與通用型合成高分子通過共混或共聚而制成的降解塑料 其組合方式主要有四種：組合方式：(1)用熔融和溶液共混的方法; (2)將一種高分子材料分散于另一種高分子的水溶液中, 形成懸浮體系,最后制成各種復(fù)合物;(3)將天然高分子材料分散或溶解在可進(jìn)行聚合反應(yīng)的體系中,進(jìn)行均聚和共聚合反應(yīng),使體系

16、中的單體聚合,得到含天然高分子的復(fù)合材料; (4)將天然高分子在適當(dāng)?shù)臈l件(如酸性或堿性等)下進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕到?并使降解后的分子鏈段與其它單體聚合反應(yīng),從而制備具有生物降解性能的新型共聚物 生物降解塑料作為一種治理塑料廢棄物的全新技術(shù)途徑，經(jīng)過多年研究開發(fā)，目前已取得令人滿意的進(jìn)展。但也存在一些問題：如加工難度較大、價格較貴等問題；另外，更合理的工藝配方等技術(shù)問題還有待進(jìn)一步提高和完善。光生物雙降解塑料 光-生物降解塑料是利用光降解機(jī)理和生物降解機(jī)理相結(jié)合的方法制得的一類塑料,是一種比較理想的降解塑料。這種方法不僅克服了無光或光照不足的不易降解,降解不徹底以及降解時間長等缺陷,同時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,因而成為近年來國內(nèi)外研究的重點(diǎn)和熱門課題。總結(jié)： 由于石油資源的日益枯竭和白色垃圾的難以處理，尋找能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料大范圍推廣可降解塑料已經(jīng)成為迫在眉睫的事情。近年來各種可降解塑料的研究也相繼取得進(jìn)展，但各種可降解塑料又都存在某些方面的不足，需要繼續(xù)在這些方面進(jìn)行研究。 從總體看來完全生物降解型塑料