可降解材料 一．合成材料概况 塑料，其实它是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因又经过化学的力量来合成，而被称之为塑料。 合成树脂是将有机原料用化学方法人工合成而得的，一类具有类似天然树脂性能的高分子量的聚合物，是一种无定形的半固体或固体有机物。 特点：热可塑性。 热塑性树脂有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET等）、ABS树脂、聚甲醛（POM）、聚砜（PSF）、聚氯乙烯等。热固性树脂有酚醛和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚胺酯、 呋喃树脂、三聚氰胺甲醛树脂、丁苯树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等 聚氯乙烯 2、合成纤维 3、合成橡胶 橡胶 1．有机高分子化合物概况 A: 小分子：相对分子质量通常不上千，通常称为低分子化合物，简称小分子； 如：烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等 B: 高分子：相对分子质量达几万甚至几千万，通常称为高分子化合物，简称高分子，有时，又称高聚物； 如：淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等 高分子化合物的结构特点 （1）高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单的结构单元重复连接而成。 （2）根据结构中链节连接方式分类，可以有线型结构和体型结构，线性结构又可分为带支链和不带支链的结构。 非生物降解合成材料尤其是塑料包装材料在废弃后会给环境带来极大的负面影响，即造成所谓的“白色污染”。 据报道，塑料正以每年2500万吨的速度在自然界中堆积。如何对付“白色污染”成为了人们普遍关注的问题。 三、白色污染 2．白色污染的原因 3．白色污染的危害 4．白色污染的治理 A．废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）； B．制造易降解材料。 为了保护人类的生存环境，人们始着手利用废弃塑料，使它成开为有用的资源： ①直接用作材料．如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作包装袋； ②热解成单体．如有机玻璃热解得到单体，再重新聚合为成品；又如，聚苯乙烯包装材料和一次性饭盒用BaO处理，使其在高温下分解成单体，然后再制成树脂； ③制成燃油和燃气．不能或难以分解的塑料可在催化剂存在下，热解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解为气态烃和氢气作燃料． 生物大分子 目前用于生物降解材料的多糖类天然高聚物主要有淀粉、纤维素、壳聚糖、木质素、果胶及它们的衍生物等。 展望 20世纪是能源、材料与环境保护和人体健康即环保保健相互联系的世纪； 开发生物可降解材料是大势所趋，它是解决当前“塑料垃圾”问题的有效途径，而多糖类完全可生物降解材料的开发则具有更加光明的前景。 热塑性淀粉材料是完全生物可降解材料， 意大利研制出一种淀粉含量为70%的可降解材料，所使用的树脂是无毒的,分子量在5000～50000，它与淀粉直接交联或产生间接物理作用，有良好的成型性、二次加工性、力学性能和优良的生物降解性能，缺点是有亲水性，不宜用于食品包装而且价格较高。 德国的Battele研究所开发出了淀粉含量为90%的降解塑料,可作为包装材料使用,以聚氯乙烯为取代目标。 美国开发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且配有少量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料,淀粉含量高达90%～100%，材料的性能类似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材料。 美国的Goodyear公司宣布试销含有部分淀粉填料的轮胎,该填料可以降低轮胎的滚动阻力和重量,还有利于环境保护。 但是添加型淀粉塑料和橡胶的主要成分仍是石油基类聚合物(PE、PP、PS、PVC等),很快降解的部分主要是淀粉,剩余的树脂降解仍需几百年。严格地讲, 添加淀粉的可降解塑料不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。 多糖类生物降解材料 壳聚糖，又称脱乙酰甲壳素，甲壳素脱除乙酰基后所得的产物，是目前自然界中发现的唯一带正电荷的可食性动物纤维，也是一种脂质吸附剂，被誉为人体生命第六要素。 化学合成型生物降解高分子： 该类生物降解高分子材料多是在分子结构中引入酯基结构的聚酯。 工业化的有聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)。 PLA在医学领域内被认为是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制备工艺、成本的限制,该类材料的研究起步较晚,但越来越受到重视。由于可完全降解,所以应用前景较好,但是降解机理仍不完全清楚。 微生物合成高分子材料、聚β-羟基丁酸酯(PHB)是细菌与藻类的贮存产物，70年代由英国ICI公司开发成功并进行生产，可以完全生物降解,但力学和热学性能不佳。为了改善这一点，另一家公司开发了β-羟基丁酸与β-羟基戊酸(HV)的共聚物，得到了性能良好，可完全生物降解的高分子材料。0.025mm厚的PHB或PHB-HV膜在海水中6周已穿孔,堆肥7周可降解70%～80%。PHB-HV可以制成瓶、膜和纤维,应用广泛。 PHB-HV膜的降解（新品，7days，14days） (2)光降解高分子 塑料老化 (2)光降解高分子 在制备塑料时,通过向塑料基体中加入光敏剂,使其在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解塑料。 光降解引发剂有很多种,包括过渡金属的各种化合物,如:卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。 不同寿命的降解高分子材料还可以通过改变Ni,Co等稳定二硫代氨基甲酸盐和Fe,Cu等二硫代氨基甲酸盐的比例得到。此外联二茂铁也可以引发光降解反应,其降解速度与光敏剂含量有关。在自然条件下测试出光敏剂含量与降解速度的曲线，就可以根据该材料的使用期限选择适当的用量。 除了以上光降解高分子外,还有一类重要的合成光降解高分子，即通过共聚反应将羰基型感光基团引入高分子链而赋予其光降解特性。光降解活性的控制则是通过改变羰基基团含量来实现。已经工业化的此类合成光降解高分子有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯-CO共聚物。 (3)光和生物双降解高分子 光-生物双降解高分子材料，具有光、生物双降解功能,它将光敏剂体系的光降解机理与淀粉的生物降解机理结合起来,一方面可以加速降解,另一方面可以利用光敏剂体系可调的特性达到人为控制降解的目的。 光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难降解以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。 * * １９６４年 中国邮电部发行一套“化学工业”特种邮票 2:“塑料”。主图是一女工正在操作生产塑料的设备—聚合釜。 4:“橡胶”。主图是一位工人扶一条汽车轮胎，背景是橡胶厂的硫化机。 8:“合成纤维”。主图是一位纺织女工正在检验用合成纤维织成的各种花布，背景是合成纤维工厂的绕丝设备。 材料 无机材料 有机高分子材料 非金属材料 金属材料 天然高分子材料 合成高分子材料 淀粉 纤维素 蛋白质 天然橡胶 合成塑料 合成橡胶 合成纤维 合成粘合剂 合成涂料 新型合成高分子材料 …… 功能高分子材料 复合高分子材料 合成有机高分子材料改变了我们的生活 一座年产8万吨的合成橡胶厂相当于145万亩橡胶园的年产量。 一座年产万吨的合成纤维厂相当于30万亩棉田或250万头绵羊的棉毛产量。 耐高温、耐腐蚀的塑料王－－特氟隆 塑料 合成纤维 合成橡胶 有机高分子化合物概况 聚乙烯 聚丙烯： 聚苯乙烯 纤维 天然纤维 化学纤维 棉花 羊毛 木材 草类 合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等） 人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等 橡胶 天然橡胶 合成橡胶 通用橡胶 特种橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶 聚硫橡胶 硅橡胶 奇琴伊查古城 如聚乙烯： －CH2－CH2－叫聚乙烯的结构单元（或链节）； 合成小分子的物质叫单体。如乙烯是聚乙烯的单体。 A．聚乙烯、聚氯乙烯中以C－C键连接成长链； B．淀粉、纤维素中以C－C键和C－O键连接成长链；（这些长链结构相互缠绕使分子间接触的地方增多，分子间的作用就大大增加） C．硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产生网状结构而交联在一起。 橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。 合成有机高分子材料的环境问题 90年代初高分子化学家指出C—C键不能酶解与水解，要断键除非光解与氧化聚乙烯实际上只是成为碎片留存于土壤中。因此开发完全可生物降解材料成为一个新的课题。 塑料垃圾中，一次性塑料袋、塑料饭盒占60％。塑料垃圾增长最明显的是闹市区和消费水平较高的生活区。 长江葛洲坝岸边漂浮堆积的“白色垃圾”，足容得下多人站立而不下沉。目前，长江上游顺江而下的大量“白色垃圾”不仅严重污染水面，也给葛洲坝水电站和在建的三峡水利枢纽未来的运行发电带来严重安全隐患。清理这些“白色垃圾”迫在眉睫。 据介绍，目前每天只有不到30%吨的塑料垃圾流入回收再利用市场，而近70%吨的塑料垃圾都被填埋处理。这些垃圾大部分是很难降解的，填埋不仅占用土地资源，而且一般需100多年才能降解。导致了垃圾填埋场封场速度加快，同时也给封场后的绿化和开发利用带来困难 根据塑料难于分解、腐烂的特点，从改进塑料的配方和生产工艺入手，研制成功了一些易分解的新型塑料，如淀粉塑料、水溶塑料、光解塑料等．这些塑料在一定条件下，经过一定时间会降解为简单物质或被微生物分解．当然，大面积地使用可降解塑料还需要相当长的时间． 因此，目前治理“白色污染”，主要还应从减少使用和加强回收开始．近年来一些国家要求做到废塑料的减量化、再利用、再循环．我国1995年颁布的《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》以及北京市1999年5月施行的《北京市限制销售、使用塑料袋和一次性塑料餐具管理办法》中，对治理“白色污染”都作出了具体的规定．“消除白色污染、倡导绿色消费”，成为1999年“地球日的主题 21世纪需要对环境友好的塑料 当今，合成树脂和塑料工业的发展速度非常惊人．据1996年报道，世界塑料年产量已经达到1亿2千万吨，我国2000年塑料产量预计要达到750万吨．塑料工业的发展为社会的发展和人类生活质量的提高作出了杰出的贡献．但是，随着塑料的广泛应用，塑料废弃物所带来的污染也日趋严重．据估计，2000年我国塑料废弃物总量可能超过5000万吨． 中国环保 环境监理 中国环境标志 中国节水标志 中国节能产品标志 绿色食品标志 回收标志 全球环保标章 /xkwz/hb/biaozhi2.htm 降解高分子 生物降解 淀粉添加剂 天然大分子 合成聚合物 光降解 添加光敏剂型 化学合成 氧化降解 复合降解 光生物双降解 (1)生物降解高分子 生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,可使其化学结构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。 添加型淀粉塑料和橡胶，其生产方法是将淀粉以非偶联方式与现行塑料(PE、PP、PS和PVC等)共混，淀粉含量一般为7%-15%。 *
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