安徽理工大學(xué) 聚合物回收利用 課件-----第6講 廢舊高分子材料循環(huán)利用原理

1、1第第6 6講講 廢舊高分子材料循環(huán)利用原理廢舊高分子材料循環(huán)利用原理王王 斌斌2現(xiàn)代文明以經(jīng)濟(jì)騰飛和生活水平的提高為主要標(biāo)志?，F(xiàn)代文明以經(jīng)濟(jì)騰飛和生活水平的提高為主要標(biāo)志。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大規(guī)模的物質(zhì)循環(huán)不可避免地引起各隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大規(guī)模的物質(zhì)循環(huán)不可避免地引起各種問(wèn)題，如資源短缺、環(huán)境惡化已為全球所關(guān)注?？品N問(wèn)題，如資源短缺、環(huán)境惡化已為全球所關(guān)注。科學(xué)家預(yù)言地球能源（煤、石油、天然氣等）不久將消學(xué)家預(yù)言地球能源（煤、石油、天然氣等）不久將消耗完，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的能源危機(jī)；現(xiàn)代工業(yè)以及消費(fèi)業(yè)耗完，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的能源危機(jī)；現(xiàn)代工業(yè)以及消費(fèi)業(yè)的發(fā)展已給大自然帶來(lái)嚴(yán)重的影響，大氣、海洋等受的發(fā)展已給大

2、自然帶來(lái)嚴(yán)重的影響，大氣、海洋等受污染，溫室效應(yīng)發(fā)生和臭氧層的破壞等等。所有這些污染，溫室效應(yīng)發(fā)生和臭氧層的破壞等等。所有這些已嚴(yán)重影響著自然界的生態(tài)平衡，最終必然會(huì)阻礙世已嚴(yán)重影響著自然界的生態(tài)平衡，最終必然會(huì)阻礙世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。一、概述一、概述3材料的制造、加工、應(yīng)用等均與環(huán)境和資源有直接的材料的制造、加工、應(yīng)用等均與環(huán)境和資源有直接的關(guān)系。高分子材料自從上世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái)，因重量輕、關(guān)系。高分子材料自從上世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái)，因重量輕、加工方便、產(chǎn)品美觀實(shí)用等特點(diǎn)，頗受人們歡迎，其加工方便、產(chǎn)品美觀實(shí)用等特點(diǎn)，頗受人們歡迎，其應(yīng)用越來(lái)越廣，從而使用過(guò)的高分子材料日益增加。應(yīng)

3、用越來(lái)越廣，從而使用過(guò)的高分子材料日益增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，我國(guó)塑料制品的產(chǎn)量達(dá)年，我國(guó)塑料制品的產(chǎn)量達(dá)5474萬(wàn)噸，萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)同比增長(zhǎng)22%。其中，塑料薄膜的產(chǎn)量為。其中，塑料薄膜的產(chǎn)量為844萬(wàn)噸，萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的占總產(chǎn)量的15%；日用塑料制品的產(chǎn)量為；日用塑料制品的產(chǎn)量為458萬(wàn)噸，萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的占總產(chǎn)量的8%；塑料人造革、合成革的產(chǎn)量為；塑料人造革、合成革的產(chǎn)量為240萬(wàn)萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的噸，占總產(chǎn)量的4%。如何處理這些廢料已成為非常。如何處理這些廢料已成為非常重要的課題。重要的課題。4處理廢舊高分子材料比較科學(xué)的方法是再循處理廢舊高分子材料比較科學(xué)的方法是再循環(huán)利用。

4、循環(huán)是廢舊高分子材抖利用的有利環(huán)利用。循環(huán)是廢舊高分子材抖利用的有利途徑，不僅使環(huán)境污染得到妥善的解決，而途徑，不僅使環(huán)境污染得到妥善的解決，而且資源得到最有效的節(jié)省和利用。從資源利且資源得到最有效的節(jié)省和利用。從資源利用的角度，對(duì)廢舊高分子材料的利用首先應(yīng)用的角度，對(duì)廢舊高分子材料的利用首先應(yīng)考慮材料的循環(huán)，然后考慮化學(xué)循環(huán)及能量考慮材料的循環(huán)，然后考慮化學(xué)循環(huán)及能量回收。回收。5沒(méi)有材料能永遠(yuǎn)存在并保持它的性質(zhì)，我們周?chē)袥](méi)有材料能永遠(yuǎn)存在并保持它的性質(zhì)，我們周?chē)性S多能說(shuō)明老化的實(shí)例：巖石的風(fēng)化、鐵的生銹、木頭許多能說(shuō)明老化的實(shí)例：巖石的風(fēng)化、鐵的生銹、木頭腐爛等。高分子材料也同樣會(huì)老化

5、。塑料老化大大影響腐爛等。高分子材料也同樣會(huì)老化。塑料老化大大影響它們的再生性（循環(huán)性）。使用過(guò)的塑料制品的性能絕它們的再生性（循環(huán)性）。使用過(guò)的塑料制品的性能絕不能達(dá)到原始材料的性能，某些高分子通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)不能達(dá)到原始材料的性能，某些高分子通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)（如添加穩(wěn)定利）可以達(dá)到或接近原始材料的性能，但（如添加穩(wěn)定利）可以達(dá)到或接近原始材料的性能，但對(duì)于老化歷害的高分子，進(jìn)行循環(huán)是不適合的。塑料材對(duì)于老化歷害的高分子，進(jìn)行循環(huán)是不適合的。塑料材料在加工、貯存、使用過(guò)程中的老化機(jī)理各不相同，對(duì)料在加工、貯存、使用過(guò)程中的老化機(jī)理各不相同，對(duì)循環(huán)也會(huì)有不同影響。循環(huán)也會(huì)有不同影響。二、高分子材料

6、的物理循環(huán)二、高分子材料的物理循環(huán)1 1、高分子材料的老化、高分子材料的老化6當(dāng)高分子材料進(jìn)行循環(huán)時(shí)，需考慮兩方面：當(dāng)高分子材料進(jìn)行循環(huán)時(shí)，需考慮兩方面： （1 1）材料本身的降解性，如生物降解高分子一般不適）材料本身的降解性，如生物降解高分子一般不適合于再循環(huán)；合于再循環(huán)； （2 2）在加工過(guò)程和使用過(guò)程中環(huán)境引起的老化程度。）在加工過(guò)程和使用過(guò)程中環(huán)境引起的老化程度。塑料的老化主要是環(huán)境降解，其降解主要有熱老化、塑料的老化主要是環(huán)境降解，其降解主要有熱老化、大氣老化、機(jī)械降解、化學(xué)降解、離子化輻射、磨蝕大氣老化、機(jī)械降解、化學(xué)降解、離子化輻射、磨蝕和腐蝕、生物降解。和腐蝕、生物降解。實(shí)際過(guò)

7、程中單一的老化過(guò)程是很少的，往往是幾種過(guò)實(shí)際過(guò)程中單一的老化過(guò)程是很少的，往往是幾種過(guò)程的結(jié)合。如樹(shù)脂合成出來(lái)后，從加工到使用等一系程的結(jié)合。如樹(shù)脂合成出來(lái)后，從加工到使用等一系列過(guò)程中都會(huì)發(fā)生老化。列過(guò)程中都會(huì)發(fā)生老化。 7 幾種常見(jiàn)的高分子材料老化幾種常見(jiàn)的高分子材料老化（1 1）熱老化）熱老化 熱老化在高分子材料加工和使用過(guò)程中都會(huì)遇到。熱老化在高分子材料加工和使用過(guò)程中都會(huì)遇到。熱老化通常分為三個(gè)過(guò)程：熱降解、熱氧化降解和水熱老化通常分為三個(gè)過(guò)程：熱降解、熱氧化降解和水解。熱降解過(guò)程也有自由基產(chǎn)生、增長(zhǎng)和結(jié)合過(guò)程。解。熱降解過(guò)程也有自由基產(chǎn)生、增長(zhǎng)和結(jié)合過(guò)程。自由基的反應(yīng)過(guò)程伴隨著無(wú)規(guī)

8、鏈剪斷、交聯(lián)和解聚過(guò)自由基的反應(yīng)過(guò)程伴隨著無(wú)規(guī)鏈剪斷、交聯(lián)和解聚過(guò)程。交聯(lián)是熱降解中出現(xiàn)的一個(gè)明顯過(guò)程，可以在聚程。交聯(lián)是熱降解中出現(xiàn)的一個(gè)明顯過(guò)程，可以在聚合物結(jié)構(gòu)中引入微凝膠。合物結(jié)構(gòu)中引入微凝膠。8高分子鏈在熱的作用下會(huì)發(fā)生鏈剪斷過(guò)程，剪斷地點(diǎn)高分子鏈在熱的作用下會(huì)發(fā)生鏈剪斷過(guò)程，剪斷地點(diǎn)往往在分子鏈的薄弱點(diǎn)上或反應(yīng)點(diǎn)上。若反應(yīng)點(diǎn)在鏈往往在分子鏈的薄弱點(diǎn)上或反應(yīng)點(diǎn)上。若反應(yīng)點(diǎn)在鏈的末端，則發(fā)生解聚反應(yīng)，形成單體產(chǎn)物，如聚苯乙的末端，則發(fā)生解聚反應(yīng)，形成單體產(chǎn)物，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯降解會(huì)分別產(chǎn)生大量的單體苯烯、聚甲基丙烯酸甲酯降解會(huì)分別產(chǎn)生大量的單體苯乙烯乙烯(St)(St)、甲

9、基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯(MMA)(MMA)；若反應(yīng)點(diǎn)在分子；若反應(yīng)點(diǎn)在分子鏈的任何處發(fā)生，會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)鏈剪斷，通常不形成單鏈的任何處發(fā)生，會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)鏈剪斷，通常不形成單體或形成的單體非常少。體或形成的單體非常少。9熱氧化降解與熱降解類(lèi)似，主要在降解過(guò)程中有氧的熱氧化降解與熱降解類(lèi)似，主要在降解過(guò)程中有氧的存在。氧的存在往往影響降解過(guò)程，降解產(chǎn)物往往是存在。氧的存在往往影響降解過(guò)程，降解產(chǎn)物往往是氧化物，如醇、醛、酸等物質(zhì)。高分子在氧存在下會(huì)氧化物，如醇、醛、酸等物質(zhì)。高分子在氧存在下會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)容易產(chǎn)生自由基，然后進(jìn)行自由發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)容易產(chǎn)生自由基，然后進(jìn)行自由基的增長(zhǎng)和終止

10、反應(yīng)，最重要的特點(diǎn)是在此過(guò)程中，基的增長(zhǎng)和終止反應(yīng)，最重要的特點(diǎn)是在此過(guò)程中，有含氧自由基的參與。有含氧自由基的參與。10濕氣的作用會(huì)使聚合物發(fā)生水解，加速老化，尤其對(duì)濕氣的作用會(huì)使聚合物發(fā)生水解，加速老化，尤其對(duì)縮聚形成的高分子如縮聚形成的高分子如PETPET、聚酰胺、聚碳酸酯等。水、聚酰胺、聚碳酸酯等。水可以自然地吸附于樹(shù)脂表面，在加工前如不進(jìn)行適當(dāng)可以自然地吸附于樹(shù)脂表面，在加工前如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍锾幚?，在加工過(guò)程中易發(fā)生水解反應(yīng)而使樹(shù)脂的干燥處理，在加工過(guò)程中易發(fā)生水解反應(yīng)而使樹(shù)脂的分子量降低，其至降低材料的性能，不能滿足使用的分子量降低，其至降低材料的性能，不能滿足使用要求。要求。1

11、1（2 2）大氣老化）大氣老化當(dāng)材料暴露在大氣中很自然會(huì)緩慢變質(zhì)。高分子材料當(dāng)材料暴露在大氣中很自然會(huì)緩慢變質(zhì)。高分子材料在使用、貯存或處理時(shí)，也同樣暴露在一定的氣候因在使用、貯存或處理時(shí)，也同樣暴露在一定的氣候因素中，這些因素會(huì)大大影響其性能，對(duì)高分子材料有素中，這些因素會(huì)大大影響其性能，對(duì)高分子材料有重要影響的因素有太陽(yáng)輻射、氧、溫度、水和大氣污重要影響的因素有太陽(yáng)輻射、氧、溫度、水和大氣污染。高分子材料的大氣風(fēng)蝕不僅與大量的因素有關(guān)，染。高分子材料的大氣風(fēng)蝕不僅與大量的因素有關(guān)，而且某些因素的結(jié)合會(huì)對(duì)老化過(guò)程產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，例而且某些因素的結(jié)合會(huì)對(duì)老化過(guò)程產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，例如高分子在紫外光輻

12、射下的老化，可以用提高溫度的如高分子在紫外光輻射下的老化，可以用提高溫度的辦法來(lái)加速。辦法來(lái)加速。12對(duì)風(fēng)化過(guò)程的分析很困難，因?yàn)闀?huì)發(fā)生許多反應(yīng)，如對(duì)風(fēng)化過(guò)程的分析很困難，因?yàn)闀?huì)發(fā)生許多反應(yīng)，如聚合物主鏈的斷裂，側(cè)基的裂開(kāi)，增塑劑的揮發(fā)，增聚合物主鏈的斷裂，側(cè)基的裂開(kāi)，增塑劑的揮發(fā)，增塑劑、穩(wěn)定劑、染料、填料等的化學(xué)分解，形成新基塑劑、穩(wěn)定劑、染料、填料等的化學(xué)分解，形成新基團(tuán)的反應(yīng)，締合鍵（如氫鍵）的形成和消失，取向團(tuán)的反應(yīng)，締合鍵（如氫鍵）的形成和消失，取向（結(jié)晶）區(qū)的形成和解取向（結(jié)晶消失）。有時(shí)多種（結(jié)晶）區(qū)的形成和解取向（結(jié)晶消失）。有時(shí)多種反應(yīng)同時(shí)發(fā)生和結(jié)合發(fā)生。因此，高分子材料的

13、耐候反應(yīng)同時(shí)發(fā)生和結(jié)合發(fā)生。因此，高分子材料的耐候預(yù)測(cè)是非常困難的。預(yù)測(cè)是非常困難的。13（3 3）機(jī)械降解）機(jī)械降解高分子材料受高應(yīng)力作用，其結(jié)構(gòu)會(huì)受到損壞。高分高分子材料受高應(yīng)力作用，其結(jié)構(gòu)會(huì)受到損壞。高分子材料在加工和再加工過(guò)程中會(huì)受到應(yīng)力的作用而導(dǎo)子材料在加工和再加工過(guò)程中會(huì)受到應(yīng)力的作用而導(dǎo)致部分降解；要進(jìn)行再生利用，高分子材料還需粉碎、致部分降解；要進(jìn)行再生利用，高分子材料還需粉碎、干燥等，故循環(huán)過(guò)程不僅受到熱降解和熱氧化降解，干燥等，故循環(huán)過(guò)程不僅受到熱降解和熱氧化降解，還會(huì)受到機(jī)械化學(xué)降解。機(jī)械降解的敏感性與高分子還會(huì)受到機(jī)械化學(xué)降解。機(jī)械降解的敏感性與高分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，線性聚合

14、物更容易受破壞。結(jié)構(gòu)有關(guān)，線性聚合物更容易受破壞。 14降解由應(yīng)力引起，產(chǎn)生自由基，因此，添加穩(wěn)定劑是降解由應(yīng)力引起，產(chǎn)生自由基，因此，添加穩(wěn)定劑是有效的防治措施。材料的加工設(shè)備和加工應(yīng)力類(lèi)型對(duì)有效的防治措施。材料的加工設(shè)備和加工應(yīng)力類(lèi)型對(duì)高分子材料降解程度有影響，這在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)是需考高分子材料降解程度有影響，這在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)是需考慮的問(wèn)題，有時(shí)再生高分子要達(dá)到設(shè)計(jì)的流動(dòng)性能會(huì)慮的問(wèn)題，有時(shí)再生高分子要達(dá)到設(shè)計(jì)的流動(dòng)性能會(huì)有困難。有困難。15（4 4）化學(xué)降解）化學(xué)降解聚合物與液體介質(zhì)接觸，如聚合物容器由于包裝液體聚合物與液體介質(zhì)接觸，如聚合物容器由于包裝液體物質(zhì)（如洗滌劑、洗發(fā)劑、淋浴劑等）以

15、及酸、鹽、物質(zhì)（如洗滌劑、洗發(fā)劑、淋浴劑等）以及酸、鹽、堿性物質(zhì)均會(huì)使材料性能發(fā)生改變。酸、堿水溶液會(huì)堿性物質(zhì)均會(huì)使材料性能發(fā)生改變。酸、堿水溶液會(huì)大大影響縮聚高分子材料，如聚碳酸酯在酸和堿介質(zhì)大大影響縮聚高分子材料，如聚碳酸酯在酸和堿介質(zhì)中，因介質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到材料內(nèi)部，聚合物分解可發(fā)生在中，因介質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到材料內(nèi)部，聚合物分解可發(fā)生在表面和內(nèi)部。一些液體介質(zhì)有時(shí)雖然對(duì)聚合物沒(méi)有任表面和內(nèi)部。一些液體介質(zhì)有時(shí)雖然對(duì)聚合物沒(méi)有任何作用，但材料中的助劑，如熱穩(wěn)定劑、何作用，但材料中的助劑，如熱穩(wěn)定劑、UVUV吸收劑、吸收劑、抗氧劑等可以被介質(zhì)抽提出來(lái)，從而使材料不耐其它抗氧劑等可以被介質(zhì)抽提出來(lái)，從而使

16、材料不耐其它環(huán)境因素而降解。環(huán)境因素而降解。16高分子材料的環(huán)境銀紋和裂紋開(kāi)裂是另一個(gè)破壞過(guò)程。高分子材料的環(huán)境銀紋和裂紋開(kāi)裂是另一個(gè)破壞過(guò)程。當(dāng)塑料表面有應(yīng)力，且達(dá)到引發(fā)環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂最小溫當(dāng)塑料表面有應(yīng)力，且達(dá)到引發(fā)環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂最小溫度時(shí)，與介質(zhì)的接觸部位往往發(fā)生這種破壞。制造過(guò)度時(shí)，與介質(zhì)的接觸部位往往發(fā)生這種破壞。制造過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力往往足以誘發(fā)高分子材料的銀紋和程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力往往足以誘發(fā)高分子材料的銀紋和裂紋開(kāi)裂。裂紋開(kāi)裂。17（5 5）離子輻射）離子輻射近年來(lái)廣泛利用離子輻射來(lái)處理高分子材料，處理的近年來(lái)廣泛利用離子輻射來(lái)處理高分子材料，處理的目的是消毒、改善材料的性能等。有些用

17、在核設(shè)備上目的是消毒、改善材料的性能等。有些用在核設(shè)備上的高分子材料也要受輻射的影響。離子輻射包括的高分子材料也要受輻射的影響。離子輻射包括X X射射線、線、射線和高能電子束，當(dāng)其照射到高分子材料時(shí)，射線和高能電子束，當(dāng)其照射到高分子材料時(shí)，其反應(yīng)可以包括交聯(lián)、分子鏈剪斷，當(dāng)有氧存在時(shí)發(fā)其反應(yīng)可以包括交聯(lián)、分子鏈剪斷，當(dāng)有氧存在時(shí)發(fā)生氧化。不僅高分子材料發(fā)生反應(yīng)，而且塑料添加劑生氧化。不僅高分子材料發(fā)生反應(yīng)，而且塑料添加劑（穩(wěn)定劑、增塑劑或填料）也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，不同聚合（穩(wěn)定劑、增塑劑或填料）也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，不同聚合物之間也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)比較復(fù)雜。物之間也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)比較復(fù)雜。18離子輻射降

18、解與高分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在高分子主鏈上離子輻射降解與高分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在高分子主鏈上烷基取代的碳原子存在提高鏈剪斷反應(yīng)的可能性，如烷基取代的碳原子存在提高鏈剪斷反應(yīng)的可能性，如聚甲基丙烯酸甲酯易發(fā)生鏈剪斷，而聚丙烯酸易發(fā)生聚甲基丙烯酸甲酯易發(fā)生鏈剪斷，而聚丙烯酸易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；又如對(duì)鹵化聚合物，提高單體的鹵化程度交聯(lián)反應(yīng)；又如對(duì)鹵化聚合物，提高單體的鹵化程度將使高分子容易斷裂成低分子量物質(zhì)。將使高分子容易斷裂成低分子量物質(zhì)。19（6 6）磨蝕和腐蝕）磨蝕和腐蝕一些塑料由于機(jī)械磨蝕和腐蝕而使壽命縮短。通常要一些塑料由于機(jī)械磨蝕和腐蝕而使壽命縮短。通常要使制品表面更耐磨或耐擦痕，樹(shù)脂要比較柔軟、有彈

19、使制品表面更耐磨或耐擦痕，樹(shù)脂要比較柔軟、有彈性，同時(shí)要改進(jìn)高分子材料的耐磨或耐腐蝕性能。可性，同時(shí)要改進(jìn)高分子材料的耐磨或耐腐蝕性能?？捎锰砑觿﹣?lái)減少磨擦，或使用特別設(shè)計(jì)的涂料，在某用添加劑來(lái)減少磨擦，或使用特別設(shè)計(jì)的涂料，在某些應(yīng)用中，軟而彈性的預(yù)涂層用來(lái)增加表面的耐磨和些應(yīng)用中，軟而彈性的預(yù)涂層用來(lái)增加表面的耐磨和耐擦痕，以保護(hù)表面，增加使用壽命，減少維持費(fèi)用耐擦痕，以保護(hù)表面，增加使用壽命，減少維持費(fèi)用和廢塑料量。和廢塑料量。20塑料由于帶靜電會(huì)吸引灰塵，尤其是某些小粒子，使塑料由于帶靜電會(huì)吸引灰塵，尤其是某些小粒子，使高分子材料的表面由于磨蝕和腐蝕而變壞，因此有時(shí)高分子材料的表面由于

20、磨蝕和腐蝕而變壞，因此有時(shí)使用內(nèi)添加劑或外添加劑來(lái)消除靜電，以保護(hù)高分子使用內(nèi)添加劑或外添加劑來(lái)消除靜電，以保護(hù)高分子材料表面不受機(jī)械損壞。某些已損壞表面的高分子制材料表面不受機(jī)械損壞。某些已損壞表面的高分子制品常可以通過(guò)再油漆表面或拋光后，重新使用。品?？梢酝ㄟ^(guò)再油漆表面或拋光后，重新使用。21（7 7）生物降解）生物降解大多數(shù)合成高分子是極其耐生物降解的，它們都是大多數(shù)合成高分子是極其耐生物降解的，它們都是CC鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，但分子鏈上引入聚氯乙烯等，但分子鏈上引入O、S、P、N等原子時(shí)，有可能是生物降解的

21、，如脂肪族聚等原子時(shí)，有可能是生物降解的，如脂肪族聚酯以及含有聚酯成分的聚氨酯。酯以及含有聚酯成分的聚氨酯。在塑料中低分子量化合物如添加劑（像增塑劑、表面在塑料中低分子量化合物如添加劑（像增塑劑、表面活性劑）是生物降解的，盡管長(zhǎng)高分子鏈在多數(shù)情況活性劑）是生物降解的，盡管長(zhǎng)高分子鏈在多數(shù)情況是耐微生物攻擊的。是耐微生物攻擊的。22低分子量組分的存在濃度較高時(shí)，具有更高分子量的低分子量組分的存在濃度較高時(shí)，具有更高分子量的聚合物易受微生物攻擊。在自然界環(huán)境中，氧化和降聚合物易受微生物攻擊。在自然界環(huán)境中，氧化和降解使高分子分子量降低，低分子量物質(zhì)易受微生物進(jìn)解使高分子分子量降低，低分子量物質(zhì)易受

22、微生物進(jìn)攻，如聚丙烯、聚乙烯等在攻，如聚丙烯、聚乙烯等在UVUV光照射下，隨時(shí)間增加，光照射下，隨時(shí)間增加，失重增加，形成低分子量聚合物，最終將為環(huán)境所降失重增加，形成低分子量聚合物，最終將為環(huán)境所降解。解。23高分子量的聚合物是難以生物降解的。研究發(fā)現(xiàn)高分子量的聚合物是難以生物降解的。研究發(fā)現(xiàn)PVC、PS、UF（脲醛樹(shù)脂）埋在土下（脲醛樹(shù)脂）埋在土下32年沒(méi)有生物降解的年沒(méi)有生物降解的跡象，但低密度聚乙烯有明顯的生物降解確證。跟蹤跡象，但低密度聚乙烯有明顯的生物降解確證。跟蹤檢測(cè)檢測(cè)17年和年和20年的填埋點(diǎn)的聚合物的降解性，包括檢年的填埋點(diǎn)的聚合物的降解性，包括檢測(cè)風(fēng)化信號(hào)、變色、濕度、脆

23、性和微生物成長(zhǎng)的信號(hào)，測(cè)風(fēng)化信號(hào)、變色、濕度、脆性和微生物成長(zhǎng)的信號(hào)，結(jié)果表明塑料具有明顯的降解信號(hào)、如出現(xiàn)孔、厚度結(jié)果表明塑料具有明顯的降解信號(hào)、如出現(xiàn)孔、厚度發(fā)生變化、有永久污點(diǎn)、裂紋等可見(jiàn)癥狀以及強(qiáng)度降發(fā)生變化、有永久污點(diǎn)、裂紋等可見(jiàn)癥狀以及強(qiáng)度降低等。高分子材料在填埋場(chǎng)條件下比預(yù)計(jì)更易降解低等。高分子材料在填埋場(chǎng)條件下比預(yù)計(jì)更易降解（速度要快得多），說(shuō)明降解很有可能是幾種因素綜（速度要快得多），說(shuō)明降解很有可能是幾種因素綜合作用的結(jié)果，生物降解僅僅是其中的一種。合作用的結(jié)果，生物降解僅僅是其中的一種。24物理循環(huán)一般指的是廢舊材料的再加工過(guò)程，可用下物理循環(huán)一般指的是廢舊材料的再加工過(guò)

24、程，可用下圖來(lái)表示，其中一個(gè)重要的單元操作是分離，也是材圖來(lái)表示，其中一個(gè)重要的單元操作是分離，也是材料利用成功與否的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，尤其對(duì)混有多種高料利用成功與否的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，尤其對(duì)混有多種高分子材料的廢料顯得更重要。分子材料的廢料顯得更重要。2 2、高分子材料的物理循環(huán)、高分子材料的物理循環(huán)25化學(xué)循環(huán)是聚合物材料循環(huán)的重要方法之一，它指的化學(xué)循環(huán)是聚合物材料循環(huán)的重要方法之一，它指的是在有氧或無(wú)氧條件下經(jīng)熱或水、醇、胺等物質(zhì)的作是在有氧或無(wú)氧條件下經(jīng)熱或水、醇、胺等物質(zhì)的作用使高分子發(fā)生降解反應(yīng)，形成的低分子量產(chǎn)物有氣用使高分子發(fā)生降解反應(yīng)，形成的低分子量產(chǎn)物有氣體（氫氣、甲烷等）、液體

25、（油）和固體（蠟、焦炭體（氫氣、甲烷等）、液體（油）和固體（蠟、焦炭等），可進(jìn)一步利用，如單體可再聚合，油品可作燃等），可進(jìn)一步利用，如單體可再聚合，油品可作燃料，也可進(jìn)行深度加工。目前化學(xué)循環(huán)的主要方法是料，也可進(jìn)行深度加工。目前化學(xué)循環(huán)的主要方法是化學(xué)降解，化學(xué)降解又可分為解聚、熱裂解、加氫裂化學(xué)降解，化學(xué)降解又可分為解聚、熱裂解、加氫裂解和氣化。解和氣化。二、高分子材料的化學(xué)循環(huán)二、高分子材料的化學(xué)循環(huán)26所謂解聚就是將高分子材料降解成單體或其它的化學(xué)所謂解聚就是將高分子材料降解成單體或其它的化學(xué)原料，可再用于合成高分子等。解聚要求廢舊高分子原料，可再用于合成高分子等。解聚要求廢舊高分子

26、材料比較干凈，因此添加劑的除去、單體的純化成為材料比較干凈，因此添加劑的除去、單體的純化成為該技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)逐步聚合型高分子材料來(lái)說(shuō)，解聚該技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)逐步聚合型高分子材料來(lái)說(shuō)，解聚又可分為水解、醇解如甲醇解等。又可分為水解、醇解如甲醇解等。27熱裂解是指聚合物廢料在無(wú)氧條件下高溫（大于熱裂解是指聚合物廢料在無(wú)氧條件下高溫（大于700700）進(jìn)行的裂解。廢舊聚合物材料在氫氣下裂解）進(jìn)行的裂解。廢舊聚合物材料在氫氣下裂解稱(chēng)為加氫裂解，一般是在高壓（氫氣壓力稱(chēng)為加氫裂解，一般是在高壓（氫氣壓力30MPa30MPa左左右）、較低溫度（小于右）、較低溫度（小于500500）下進(jìn)行，其裂解產(chǎn)物）下進(jìn)行

27、，其裂解產(chǎn)物的純度優(yōu)于熱裂解產(chǎn)物，可在煉油廠直接精煉，但加的純度優(yōu)于熱裂解產(chǎn)物，可在煉油廠直接精煉，但加氫裂解需要預(yù)先對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的分離和粉碎，需昂氫裂解需要預(yù)先對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的分離和粉碎，需昂貴的設(shè)備投資。貴的設(shè)備投資。氣化是指廢舊聚合物在很高溫度下（高達(dá)氣化是指廢舊聚合物在很高溫度下（高達(dá)15001500）進(jìn)）進(jìn)行降解，具產(chǎn)物是合成氣體如行降解，具產(chǎn)物是合成氣體如COCO和氫氣，可用于制備和氫氣，可用于制備甲醇及有關(guān)的產(chǎn)品。甲醇及有關(guān)的產(chǎn)品。28近年來(lái)由于人們對(duì)環(huán)境污染有極大的關(guān)注，故世界上許近年來(lái)由于人們對(duì)環(huán)境污染有極大的關(guān)注，故世界上許多化學(xué)循環(huán)技術(shù)相繼發(fā)展起來(lái)，并獲得應(yīng)用，如表所示

28、。多化學(xué)循環(huán)技術(shù)相繼發(fā)展起來(lái)，并獲得應(yīng)用，如表所示。2930高分子材料的化學(xué)循環(huán)應(yīng)用在以下幾方面體現(xiàn)其重要高分子材料的化學(xué)循環(huán)應(yīng)用在以下幾方面體現(xiàn)其重要性：（性：（1 1）裂解產(chǎn)物比焚燒取熱更有價(jià)值；（）裂解產(chǎn)物比焚燒取熱更有價(jià)值；（2 2）物理）物理循環(huán)不能進(jìn)行或通過(guò)物理循環(huán)材料不能體現(xiàn)價(jià)值；循環(huán)不能進(jìn)行或通過(guò)物理循環(huán)材料不能體現(xiàn)價(jià)值；（3 3）在技術(shù)上不易分離的混雜高分子成分或分離沒(méi)）在技術(shù)上不易分離的混雜高分子成分或分離沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益；（有經(jīng)濟(jì)效益；（4 4）食物或藥物包裝不允許使用再生）食物或藥物包裝不允許使用再生料。然而，聚合物化學(xué)分解技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性成為化學(xué)循料。然而，聚合物化學(xué)分解技術(shù)

29、的經(jīng)濟(jì)性成為化學(xué)循環(huán)發(fā)展的障礙和挑戰(zhàn)。目前，能生存下去的技術(shù)大多環(huán)發(fā)展的障礙和挑戰(zhàn)。目前，能生存下去的技術(shù)大多是針對(duì)組分單一的廢舊高分子材科而開(kāi)發(fā)的，它們有是針對(duì)組分單一的廢舊高分子材科而開(kāi)發(fā)的，它們有潛力得到進(jìn)一步的發(fā)展。潛力得到進(jìn)一步的發(fā)展。31化學(xué)循環(huán)是目前發(fā)展較快的循環(huán)方法。廢舊高分子材化學(xué)循環(huán)是目前發(fā)展較快的循環(huán)方法。廢舊高分子材料的性能比原始高分子材料的性能要低，如果進(jìn)行多料的性能比原始高分子材料的性能要低，如果進(jìn)行多次循環(huán)，高分子材料的性能變差；有些混雜的高分子次循環(huán)，高分子材料的性能變差；有些混雜的高分子材料，不可分離或分離代價(jià)很高；對(duì)于某些不易進(jìn)行材料，不可分離或分離代價(jià)很高

30、；對(duì)于某些不易進(jìn)行物理循環(huán)的廢舊高分子，如樹(shù)脂基復(fù)合材料等，在這物理循環(huán)的廢舊高分子，如樹(shù)脂基復(fù)合材料等，在這些情況下化學(xué)循環(huán)是一種解決的辦法。高分子材料可些情況下化學(xué)循環(huán)是一種解決的辦法。高分子材料可通過(guò)高分子解聚反應(yīng)、高分子裂解反應(yīng)、高分子加氫通過(guò)高分子解聚反應(yīng)、高分子裂解反應(yīng)、高分子加氫裂解、高分子汽化等方法加以利用。高分子經(jīng)解聚可裂解、高分子汽化等方法加以利用。高分子經(jīng)解聚可獲得單體及低聚物，可用于高分子材料的再生產(chǎn)。獲得單體及低聚物，可用于高分子材料的再生產(chǎn)。 32隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)革命的發(fā)展，廢棄物的數(shù)量及隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)革命的發(fā)展，廢棄物的數(shù)量及產(chǎn)生速度迅速提高，初期主要采

31、用填埋來(lái)解決，當(dāng)時(shí)產(chǎn)生速度迅速提高，初期主要采用填埋來(lái)解決，當(dāng)時(shí)人們還未意識(shí)到埋在地下的物質(zhì)可以通過(guò)物理或化學(xué)人們還未意識(shí)到埋在地下的物質(zhì)可以通過(guò)物理或化學(xué)方法傳遞到大氣或水源中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人方法傳遞到大氣或水源中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)走向現(xiàn)代文明，人口膨脹和工業(yè)化程度的提高，類(lèi)社會(huì)走向現(xiàn)代文明，人口膨脹和工業(yè)化程度的提高，使得產(chǎn)生的廢棄物更是直線上升，環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始提上使得產(chǎn)生的廢棄物更是直線上升，環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始提上議事日程，廢物處理成為解決資源和環(huán)境問(wèn)題的一項(xiàng)議事日程，廢物處理成為解決資源和環(huán)境問(wèn)題的一項(xiàng)重要工作。重要工作。三、高分子材料的能量循環(huán)三、高分子材料的能量循環(huán)33

32、在發(fā)達(dá)國(guó)家，在發(fā)達(dá)國(guó)家，“三三R原則原則”（Reduce，Reuse，Recycle）已成為處理廢棄物的共識(shí)。事實(shí)上要解決這）已成為處理廢棄物的共識(shí)。事實(shí)上要解決這個(gè)全球性的危機(jī)還需加上另外二個(gè)全球性的危機(jī)還需加上另外二“R”原則原則Recovery和和Research。從廢棄物中回收利用（恢復(fù)）。從廢棄物中回收利用（恢復(fù)）能量是能量是“Recovery”原則的體現(xiàn)，可以減少原則的體現(xiàn)，可以減少90的填的填埋體積和埋體積和80的廢棄物重量。不僅可以減少垃圾的體的廢棄物重量。不僅可以減少垃圾的體積，還能除去對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)物，同時(shí)也減少對(duì)油積，還能除去對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)物，同時(shí)也減少對(duì)油氣燃料的依

33、賴(lài)性，成為有價(jià)值的能源。第五個(gè)氣燃料的依賴(lài)性，成為有價(jià)值的能源。第五個(gè)“R”（Research）是研究，即發(fā)展廢棄物管理技術(shù)，保護(hù)）是研究，即發(fā)展廢棄物管理技術(shù)，保護(hù)環(huán)境，發(fā)展更安全、更有效的循環(huán)、填埋和焚燒技術(shù)。環(huán)境，發(fā)展更安全、更有效的循環(huán)、填埋和焚燒技術(shù)。五五“R”原則的有機(jī)結(jié)合，才能更有效合理地控制和處原則的有機(jī)結(jié)合，才能更有效合理地控制和處理廢棄物。使生態(tài)環(huán)境更加美好、更加綠色。理廢棄物。使生態(tài)環(huán)境更加美好、更加綠色。34舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在加拿大，每年將產(chǎn)生舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在加拿大，每年將產(chǎn)生16106t家庭家庭垃圾，但大多數(shù)城市固體廢料用填埋方法處理。這種垃圾，但大多數(shù)城市固體廢料用填

34、埋方法處理。這種廢料中大約廢料中大約70是可以燃燒的。如果城市固體廢棄物是可以燃燒的。如果城市固體廢棄物能有效利用的話，可以節(jié)省許多天然資源。在加拿大能有效利用的話，可以節(jié)省許多天然資源。在加拿大由于人口的地理分布，大約有（由于人口的地理分布，大約有（6.7-7.2）106t城市固城市固體廢棄物可以焚燒，產(chǎn)生的能量相當(dāng)于燃燒體廢棄物可以焚燒，產(chǎn)生的能量相當(dāng)于燃燒3.5106t煤，煤，2.2106m3的天大然氣或的天大然氣或1.39109L燃料油產(chǎn)生的燃料油產(chǎn)生的能量，足以給大約能量，足以給大約50萬(wàn)個(gè)家庭供熱。由此可見(jiàn)，城市萬(wàn)個(gè)家庭供熱。由此可見(jiàn)，城市固體廢棄物是一種便利的可重復(fù)利用的資源。固體廢棄物是一種便利的可重復(fù)利用的資源。35 1 1、高分子材料的焚燒、高分子材料的焚燒焚燒是垃圾處理的方法之一。一般情況下在焚燒是垃圾處理的方法之一。一般情況下在l000l000以以上進(jìn)行燃燒，可以用于取熱、制蒸汽或發(fā)電；溫度在上進(jìn)行燃燒，可以用于取熱、制蒸汽或發(fā)電；溫度在50050010001000，一般用來(lái)裂解高分子材料生產(chǎn)油品。，一般用來(lái)裂解高分子材料生產(chǎn)油品。眾所周知，廢棄塑料是高熱量值的廢料，因此回收能眾所周知，廢棄塑料是高熱量值的廢料，因此回收能量是廢舊高分子材料的又一利用途徑。歐洲、美國(guó)、量是廢舊高分子材料的